Наша Сонячна система може зруйнуватися значно швидше, ніж передбачали попередні розрахунки. Нове дослідження показує, що хаотичні викиди речовини під час смерті Сонця здатні розхитати орбіти гігантських планет і призвести до їх вигнання у міжзоряний простір менш ніж за 10 мільярдів років. Про це пише ScienceAlert з посиланням на статтю в The Astrophysical Journal Letters.
Стабільність планетних орбіт — одне з ключових питань небесної механіки. Раніше розрахунки показували, що зовнішні планети можуть лишатися на стійких орбітах надзвичайно довго: теоретично — до квінтильйона років, що понад 70 мільйонів разів перевищує нинішній вік Всесвіту. Навіть якщо враховувати еволюцію Сонця та проліт чужих зірок, вважалося, що зовнішня частина системи лишатиметься відносно неушкодженою щонайменше 100 мільярдів років.
Сонце помирає не плавно, а ривками
Такі оптимістичні оцінки спиралися на припущення, що наше Сонце приблизно через 6 мільярдів років повільно скине близько половини своєї маси, поступово перетворюючись на білий карлик. Однак теоретичні астрофізики Костянтин Батигін (Konstantin Batygin), Джим Фуллер (Jim Fuller) з Caltech і Фред Адамс (Fred Adams) з Університету Мічигану дійшли висновку, що цей процес буде набагато більш «зернистим» і хаотичним.
За їхніми розрахунками, Сонце не просто спокійно «випаровуватиме» речовину, а втрачатиме масу у вигляді тисяч окремих потужних викидів — своєрідних «ударів» (kicks). Кожен такий викид зміщуватиме Сонце на крихітну, але відчутну для орбіт планет відстань, змінюючи його гравітаційний вплив.
Якби викиди були ідеально симетричними, їхній ефект в середньому нівелювався б. Але через випадковий характер цих «ударів» дрібні збурення поступово накопичуються, створюючи передумови для великих перебудов орбіт зовнішніх планет.
Спостереження Gaia і комп’ютерні моделі
Щоб з’ясувати, наскільки реалістичним є такий сценарій, вчені звернулися до даних орбітального телескопа Gaia Європейського космічного агентства. Обсерваторія вивчала широкі подвійні системи, де одна із зірок уже стала білим карликом. У цих системах дослідники і побачили ознаки «ударів» маси: рух білих карликів свідчить про те, що їхні попередники втрачали речовину не плавно, а ривками.
На основі цих спостережень команда змоделювала різні варіанти масових викидів у майбутнього Сонця. Вони припустили, що кожен «сонцеруйнівний удар» може викидати приблизно одну десять-тисячну сонячної маси — еквівалент близько 33 мас Землі. Загалом у моделях розглядалося близько 4 600 таких подій, кожна з яких змінювала швидкість Сонця приблизно на 7 метрів за секунду.
Усього дослідники виконали майже 700 комп’ютерних симуляцій, зосередившись на 48 найреалістичніших сценаріях масової втрати під час пізніх стадій еволюції Сонця.
Зовнішні планети виходять з ладу раніше, ніж очікували
Результати виявилися тривожними для майбутнього нашої планетної системи. У майже 80 відсотках (37 із 48) найбільш правдоподібних сценаріїв зовнішні планети починали перетинати орбіти одна одної набагато раніше, ніж Сонце завершувало скидання зовнішніх шарів.
В окремих моделях орбіти планет починали «переплітатися», коли Сонце втратило лише близько 10 відсотків своєї маси. А до моменту, коли воно вже стає білим карликом, у 40 відсотках проекцій зовнішня Сонячна система перебувала в сильному безладді.
Моделювання показує різноманітні варіанти: Уран і Нептун можуть мінятися місцями, заходити всередину орбіти Юпітера, провокуючи справжній «демолішн-дербі» з зіткнень і гравітаційних маневрів. У деяких сценаріях Сатурн узагалі викидається із системи протягом кількох мільйонів років і перетворюється на вільноплаваючу планету-ізгоя, що мандрує між зорями без власного світила.
За словами Батигіна, у дев’яти з десяти симуляцій принаймні одна з газових гігантських планет опиняється в міжзоряному просторі. Це узгоджується з даними мікролінзингових оглядів, які вказують: кількість вільноплаваючих планет у Галактиці може бути співмірною з кількістю зірок — а помираючі зорі цілком можуть бути одним із головних джерел таких об’єктів.
Сонячна система саморуйнується зсередини
У сукупності приблизно у 90 відсотках усіх змодельованих випадків Сонячна система фактично самознищується протягом трьох мільярдів років після того, як Сонце стане білим карликом. Тобто повний розпад може статися менш ніж за 10 мільярдів років від нинішнього моменту — приблизно у сто разів швидше, ніж передбачали ранні оптимістичні оцінки.
Автори роботи зазначають, що уявлена Ісааком Ньютоном нестабільність планетних орбіт таки виявляється реальною, але причина інша: не зовнішні збурення від пролітаючих зірок, а внутрішні процеси самої зорі, з якої й народилася система. Втрата маси Сонцем не лише розширює орбіти, а й запускає ланцюг хаотичних збурень, які врешті-решт руйнують усталений порядок.
Це дослідження має наслідки не лише для нашого космічного «дому». Близько 97 відсотків зірок у Всесвіті завершують життя подібним чином, перетворюючись на білі карлики. Багато їхніх планетних систем можуть виявитися навіть «крихкішими» за нашу. Отже, поширене уявлення про «тихий вихід на пенсію» планетних систем виявляється радше міфом, ніж правилом.
Робота опублікована в журналі The Astrophysical Journal Letters.