Согласно новому исследованию, мы можем начать писать хвалебную речь четырем экзопланетам, вращающимся вокруг звезды, похожей на Солнце, находящейся примерно в 57 световых годах от нас. Но спешить некуда; у нас есть около одного миллиарда лет, прежде чем звезда станет красным гигантом и начнет их уничтожать.
Звезда — Ро Корона Бореалис, желтый карлик, похожий на наше Солнце. Оно находится в созвездии Северной Короны и имеет почти ту же массу, радиус и светимость, что и Солнце. Разница в их возрасте. Солнцу около пяти миллиардов лет, но Ро CrB в два раза больше, а это означает, что его фаза красного гиганта неизбежна, по крайней мере, в астрофизических терминах.
Новая статья, опубликованная в The Astrophysical Journal, представляет эти результаты и задает некоторые вопросы о том, что происходит с экзопланетами в обитаемой зоне звезды, когда звезда становится красным гигантом. Статья называется «Прогноз планетарного поглощения в системе Rho CrB», единственным автором является Стивен Р. Кейн из факультета наук о Земле и планетологии Калифорнийского университета в Риверсайде.
«Звездная эволюция после главной последовательности может привести к драматическим, а иногда и травмирующим изменениям в
архитектура планетарной системы, такая как приливное разрушение планет и поглощение родительской звездой», — пишет Кейн. По словам Кейна, Ро Корона Бореалис одновременно стара и ярка, что делает ее «…особенно интересным случаем развитой эволюции главной последовательности». Не только потому, что оно похоже на Солнце и его легко наблюдать, но и потому, что на нем расположены четыре экзопланеты.
Кейн использовал модели звездной эволюции, чтобы попытаться определить будущее Ро Корона Бореалис и будущее ее планет. Через 1–1,5 миллиарда лет звезда покинет главную последовательность и станет красным гигантом. Красные гиганты могут раздуваться до эпических размеров, а некоторые могут достигать одного миллиарда километров в диаметре. Когда наше Солнце станет единым через несколько миллиардов лет, его раздутая форма, скорее всего, поглотит или, по крайней мере, уничтожит все внутренние планеты.
Ро КрБ ничем не отличается.
У него есть четыре известные экзопланеты под названием Rho Coronae Borealis b, c, d и e. Они названы в порядке открытия, а не по расстоянию от звезды. Три планеты, находящиеся в наибольшей опасности, — это e, b и c, ближайшие к звезде планеты.
Массы четырех планет варьируются от суперземли до юпитера. Все они гораздо ближе к звезде, чем Земля к Солнцу, а две самые внутренние планеты ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. Они плотно упакованы в свою внутреннюю солнечную систему, и это означает их гибель.
Исследование показывает, что e, b и c находятся в худшем положении. Ро CrB может полностью поглотить эти три планеты.
Поглощение планет расширяющейся звездой может иметь разные последствия в зависимости от общей архитектуры системы. Планетам могут потребоваться десятилетия, чтобы приблизиться к звезде. В пути они могут быть уничтожены испарением. Они также могут быть уничтожены приливными волнами, когда достигают предела Роша. В этом случае они увеличивают объем звезды, помогая ей раздуться еще больше.
Согласно некоторым исследованиям, для планет с массой ниже Юпитера от 3 до 5 а.е. их судьба предрешена. Нет спасения. Но для других, несмотря на тяжелые обстоятельства, может быть выход.
Иногда, как показывают научные модели, планеты начинают по-разному гравитационно взаимодействовать друг с другом, когда звезда раздувается. По мере расширения звезда также теряет массу, продолжая плавить материал. Это создает приливные эффекты в системе, а в некоторых случаях может привести планеты к резонансам среднего движения, а также отодвинуть их дальше от звезды. Итак, потенциальный путь к отступлению есть. Однако пока сложно заранее определить, что именно может произойти.
Но если некоторые из них и выживут, исследователи полагают, что они смогут выжить, поскольку звезда покидает Ветвь Красного Гиганта (RGB). Они могут даже выжить, когда звезда вступит в фазу асимптотической ветви гигантов (AGB). Фаза AGB похожа на фазу RGB, но звезды RGB имеют немного другой химический состав в ядрах и оболочках. Но детали звезды не так уж важны для судьбы планет.
Для некоторых планет существует возможный путь эвакуации, но те же приливные взаимодействия, которые могут спасти планету, могут также сработать и против нее. Взаимодействия также могут привести планету к звезде, что приведет к ее более ранней гибели. Исследователи активно пытаются понять весь этот процесс, наблюдая за звездами, покидающими главную последовательность.
Чтобы понять, что может произойти в системе Rho CrB, Кейн нарисовал будущую массу, светимость и радиус звезды.
Кейн также наметил график изменений, которые претерпит звезда, наряду с положением четырех экзопланет. Это наглядно демонстрирует опасность, с которой сталкиваются планеты.
Итак, насколько подробно модели и симуляции могут предоставить, когда дело доходит до особенностей Ро CrB и его планет?
«Хотя все планеты войдут в звездную атмосферу Rho CrB, их индивидуальные прогнозы значительно различаются», — объясняет Кейн.
Планета е, самая внутренняя планета, скорее всего, земного происхождения. Она уйдет первой и, вероятно, испарится, когда звезда глубоко ее поглотит. Его кончина может быть быстрой.
Планета b — самая массивная из всех четырех, ее масса составляет почти 350 масс Земли. Он массивнее Юпитера, и когда он входит в расширяющуюся атмосферу звезды, сопротивление заставляет его двигаться по спирали. Его судьба — приливное разрушение, поскольку он просто не сможет удержаться на плаву.
Судьба планеты B может повлиять на судьбу планеты C. Если материал планеты B заставит звезду достаточно раздуться, это может ускорить гибель планеты C из-за ее поглощения. То же самое звездное раздувание и радиальное расширение также может ускорить гибель планеты d из-за поглощения, и все это до того, как звезда выйдет из своей RGB-фазы.
Обе планеты c и d имеют массу, близкую к Нептуну, и, скорее всего, они потеряют свою массу в результате испарения по мере приближения к звезде.
К сожалению, моделирование не учитывало орбитальную динамику. Но вполне возможно, что одна планета сможет избежать всего этого хаоса. Планета D — одинокий мир, у которого есть шанс спастись. «Наша модель также не учитывала эффекты орбитальной динамики, которая потенциально может заставить планету d мигрировать дальше наружу и, возможно, избежать поглощения», — пишет Кейн. Если это произойдет, у него есть шанс выжить гораздо дольше, возможно, в недавно созданной обитаемой зоне.
Это возможно, но маловероятно в данном случае. «Поскольку внутренние планеты Rho CrB были поглощены до фазы AGB, маловероятно, что орбитальная динамика будет играть важную роль в системе во время и после потери звездной массы», — пишет он.
Невозможно знать наверняка, что произойдет в этой системе. Но астрофизики заняты наблюдением за другими солнечными системами в поисках подсказок. На данный момент не так уж много наблюдаемых доказательств поглощения, но это не значит, что этого не происходит.
«До сих пор наблюдательные данные о сигнатурах планетарного поглощения оставались относительно скудными, что позволяет предположить, что либо сценарии поглощения встречаются реже, чем ожидалось, либо что обнаружение сигнатур является более сложной задачей, чем ожидалось», — говорится в документе.
Подробные особенности Rho CrB на данный момент могут быть недоступны для наших наблюдений или наших симуляций и моделей. Но нельзя отрицать потенциальные катастрофические последствия.
«Эволюция звезд посредством их продвижения по главной последовательности, расширения в звезду-гиганта, а затем окончательного сжатия в белого карлика, имеет глубокие последствия для вращающихся вокруг планет», — пишет Кейн. «Учитывая массы и большие полуоси четырех известных планет, мы предсказываем, что планета Е испарится в звездной атмосфере, планета Б начнет вращаться по спирали и разрушится приливно-отливным путем, потенциально еще больше раздувая звезду, а планета С испарится в пределах звездной атмосферы. звездная атмосфера».
Судьба планеты D немного менее определенна, но она, скорее всего, тоже будет уничтожена. Вероятно, он испарится внутри звезды в конце фазы AGB.
Вполне возможно, что в обитаемой зоне есть и другие планеты, которые не были обнаружены. Если они есть, то они могут пережить звездную эволюцию внутри внутреннего края HZ во время фазы RGB/AGB. Но после этого звезда станет белым карликом. Эти планеты, если они существуют, в это время будут находиться далеко за пределами новой ГЗ.
Часть понимания того, что происходит с солнечными системами, когда их звезды покидают главную последовательность, заключается в точной картине населения их планет. Планеты-гиганты на далеких орбитах могут влиять на судьбу планет внутренней системы, потенциально меняя их орбиты и перемещая их на более безопасные расстояния.
Планеты такого типа трудно обнаружить транзитным методом, но улучшенные измерения лучевой скорости в будущем позволят обнаружить их больше.
Это исследование особенно интересно, потому что наше Солнце станет красным гигантом и, в конечном итоге, белым карликом. Что будет с нашим домом?
Неизвестно, но Земля находится в опасности. Он может быть уничтожен или мигрировать дальше. В любом случае, наша Солнечная система никогда не будет выглядеть прежней.
К счастью, это настолько далекое будущее, что для нас это просто любопытство.
