Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун могут не пережить поздние этапы эволюции Солнца в нынешнем виде. Компьютерное моделирование показало: неравномерные выбросы вещества умирающей звезды способны изменить орбиты планет, вызвать столкновения или выбросить их из Солнечной системы. Работа опубликована в Astrophysical Journal Letters.
Примерно через 5 миллиардов лет Солнце исчерпает водород в ядре и превратится в красного гиганта, увеличившись примерно в сто раз. Оно поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, Землю. Затем звезда сбросит внешние оболочки, оставив после себя компактное ядро — белый карлик.
Опасная отдача
Ранее предполагалось, что четыре внешние планеты перенесут эти события относительно спокойно. По мере потери Солнцем массы его притяжение ослабеет, а радиусы планетных орбит увеличатся примерно вдвое. Однако такой прогноз опирался на допущение, что звезда будет сбрасывать вещество плавно.
Наблюдения показывают, что стареющие звезды могут терять массу отдельными крупными порциями. Каждый несимметричный выброс придает звезде небольшой толчок в противоположную сторону — подобно отдаче при выстреле. Со временем такие толчки способны заметно изменить ее движение и нарушить устойчивость окружающих планетных орбит.
Три сценария будущего
Константин Батыгин и Джим Фуллер из Калифорнийского технологического института исследовали три варианта: плавную потерю массы, выбросы отдельных облаков на протяжении стадии красного гиганта и такие же выбросы только на ее заключительных этапах. В общей сложности ученые выполнили 672 симуляции, меняя массу выбрасываемых порций вещества.
При плавной потере массы внешняя часть Солнечной системы оставалась устойчивой миллиарды лет. В двух других сценариях планеты могли меняться местами, переходить на сильно вытянутые орбиты или покидать систему. В моделях с наиболее массивными выбросами в 96% случаев происходили разрушительные столкновения планет.
Эта доля относится к конкретному набору условий, а не означает 96-процентную вероятность такого будущего.
Что ждет системы белых карликов
В наиболее экстремальных сценариях нестабильность возникала еще на стадии красного гиганта либо менее чем через несколько сотен миллионов лет после появления белого карлика. Это значительно быстрее, чем предполагали прежние расчеты.
Результаты указывают, что системы белых карликов могут реже сохранять планеты на почти круговых орбитах, подобных нынешним орбитам наших гигантов. Вместо них могут преобладать миры с вытянутыми траекториями.
Работа также ставит вопрос об устойчивости потенциально обитаемых планет у таких звезд: их судьба зависит не только от потери звездой массы, но и от характера ее выбросов.