Наше Сонце не просто тихо згасне, перетворившись на білий карлик. За новою моделлю, описаною в матеріалі Space Astronomy, воно пройде через довгу фазу «ударів і плювків» – хаотично вистрілюватиме з себе грудки плазми й щоразу отримуватиме поштовх у протилежний бік, наче космічний м’яч у пінболі.
Що відомо коротко
- Зорі на кшталт Сонця, коли вичерпують водень у ядрі, роздуваються до стану червоного гіганта з радіусом до 100 разів більшим за початковий.
- Через приблизно 5 мільярдів років Сонце розшириться до орбіти Марса й поглине внутрішні кам’янисті планети, включно із Землею.
- За розрахунками Джима Фуллера (Jim Fuller), перед тим як стати білим карликом, зоря отримає близько 10 000 дрібних «ударів» від асиметричних викидів плазми.
- Ці удари змусять червоного гіганта «блукати» простором зі швидкістю близько 3540 км/год, у випадковому напрямку.
- Повторні поштовхи можуть розірвати широкі подвійні системи або навіть спрямувати гіганта на зіткнення з сусідньою зорею, спричинивши потужний вибух.
Як червоний гігант перетворюється на «космічного п’яного мандрівника»
Звична картинка старіння Сонця виглядає спокійно: водень у ядрі вичерпується, ядро стискається, а зовнішні шари роздуваються, перетворюючи зорю на червоного гіганта. Потім оболонка повільно здувається, і залишається щільний білий карлик – зоряний «скелет».
Нова робота додає до цієї історії динаміку. Уявіть величезну повітряну кулю, з якої повітря виривається не рівномірно, а ривками з різних боків. Кожен такий ривок штовхає кулю в протилежний бік. Так само й роздута зоря: вона викидає грудки плазми несиметрично, і кожен викид дає їй крихітний поштовх.
Фізика тут дуже «ньютонівська»: для кожної дії є рівна й протилежна реакція. Якщо зоря «плює» плазмою в один бік, вона сама відскакує в інший. Окремий поштовх малий, але їх тисячі, і з часом це перетворюється на помітне блукання в просторі.
Що саме порахували астрономи
Джим Фуллер (Jim Fuller) з Каліфорнійського технологічного інституту оцінив, що перед тим, як стати білим карликом, зоря типу Сонця отримає близько 10 000 таких «ударів». Вони розподілені на сотні тисяч років – тобто це не один катастрофічний вибух, а довга серія дрібних поштовхів.
Грудки плазми, які викидає червоний гігант, вилітають у випадкових напрямках. Але навіть чистий хаос має наслідки. Математики називають це «випадковим блуканням»: якби ви підкидали монетку й щоразу рухалися на крок на північ при «орлі» і на південь при «решці», ви все одно з часом опинилися б далеко від стартової точки.
За розрахунками Фуллера, таке «блукання» червоного гіганта дає йому швидкість близько 2200 миль на годину (3540 км/год) у випадковому напрямку. Для людини це шалено швидко, але для космічних масштабів – доволі скромно, особливо якщо порівнювати з гігантськими «ударами», які отримують зорі, що вибухають як наднові.
На відміну від наднових, де зоря буквально розривається, перехід середньої зорі до білого карлика відбувається без такого вибуху. Тому ці події виглядають менш драматично, але нова модель показує: навіть «тихе» вмирання зорі супроводжується довгою серією невидимих поштовхів.
Як зоряні «удари» ламають пари зірок
Наслідки цих поштовхів уже можна побачити в реальних даних. Карім Ель-Бадрі (Kareem El-Badry) з Caltech виявив, що серед дуже широко розділених подвійних зірок рідше трапляються системи, де одна зірка вже стала білим карликом.
Одна з можливих причин – саме ці повторні удари під час фази червоного гіганта. Якщо дві зорі обертаються одна навколо одної дуже повільно й далеко одна від одної, їхня гравітаційна «зв’язка» слабка. Фуллер вказує: якщо орбітальна швидкість такої пари менша за швидкість удару, то система може просто розвалитися – зорі стають гравітаційно незв’язаними.
Інакше кажучи, червоний гігант, який довго «сіпається» від власних викидів плазми, може буквально вирватися зі своєї зоряної пари. Це пояснює, чому серед далеких подвійних систем менше тих, де один компонент уже перетворився на білий карлик.
Коли удари перетворюються на космічний пінбол
Модель Фуллера передбачає ще більш драматичний сценарій, який астрономи поки що не спостерігали напряму. У деяких випадках серія ударів може не просто відштовхнути зорю від компаньйона, а навпаки – «запінболити» її прямо на зіткнення.
Уявіть собі червоного гіганта, який тисячі разів отримує крихітні поштовхи в різні боки. У рідкісній, але можливої комбінації вони можуть спрямувати його орбіту так, що він буквально вріжеться в сусідню зорю. Така колізія двох зірок – це вже не тихе згасання, а гігантський вибух.
Астрономи тепер можуть цілеспрямовано шукати в космосі сліди подібних подій. Виявлення таких зіткнень стало б потужною перевіркою моделі й допомогло б краще зрозуміти, як саме вмирають зорі середньої маси.
Результати Фуллера були представлені на 248-й зустрічі Американського астрономічного товариства в Пасадені, а дослідження подано до публікації в журналі Proceedings of the Astronomical Society of the Pacific.
FAQ
Це вже доведений факт чи поки що теоретична модель?
Розрахунки Фуллера є теоретичною моделлю, яка добре узгоджується з деякими спостереженнями, наприклад, браком далеких подвійних систем з білими карликами. Але передбачені ним екстремальні події, як-от зіткнення зірок через «удари», ще не зафіксовані напряму, тож модель потребує подальшої перевірки.
Чи означають ці удари, що Сонце змінить орбіти планет ще до фази білого карлика?
Модель говорить про рух самого червоного гіганта в просторі, а не про різкі стрибки всередині Сонячної системи. Головний фактор для планет – це розширення Сонця до орбіти Марса й втрата маси, а не ці відносно невеликі швидкісні поштовхи.
Чому астрономи не помітили цих «ударів» раніше?
Окремий поштовх дуже малий і розтягнутий у часі, тому його важко виділити на фоні інших процесів. Лише поєднання теоретичних розрахунків і статистики по подвійних системах дозволило побачити, що за довгі проміжки часу ці дрібні ефекти можуть мати великі наслідки.
Чи відрізняються ці удари від того, що відбувається під час наднових?
Так. У наднових зоря отримує один або кілька гігантських «ударів» під час вибуху, що може миттєво надати їй величезну швидкість. У випадку червоних гігантів і майбутнього Сонця йдеться про тисячі дрібних поштовхів без вибуху, які повільно змінюють положення зорі в просторі.
🤯 Виявляється, навіть коли зоря «вмирає», вона не просто згасає, а ще довго штовхає сама себе крізь космос тисячами невидимих ударів. Це змушує по-новому подивитися на старіння Сонця: кінець його життя буде не статичною крапкою, а бурхливою, хоч і повільною, подорожжю через Сонячну систему.