V daleké budoucnosti hvězdné průlety kompletně rozloží sluneční soustavu

Spotřeba a rozpad.

Až se příště budete chtít stát životem večírku – pokud se scházíte se skvělými nerdy – stačí tuto frázi zapojit do konverzace. A když se na vás tázavě podívají, řekněte, že to je konečný osud Sluneční soustavy.

Pak upravte svůj nákrčník a napij se dalšího svého absint .

K proudu vzrušených navazujících otázek, které budou nutně následovat po vašem vysvětlení, můžete dále vysvětlit, že samotné Slunce a Mléčná dráha budou viníkem. A pak můžete zmínit novou studii.

Studie se jmenuje „ Velká nerovnost a dynamický rozpad vnější sluneční soustavy .“ Hlavním autorem je Jon Zink, postgraduální student v oddělení astronomie a astrofyziky UCLA. Článek je publikován v The Astronomical Journal.

Lidé dlouho přemýšleli o konečném osudu Sluneční soustavy. V úvodu svého článku autoři píší: „Porozumění dlouhodobé dynamické stabilitě sluneční soustavy představuje jeden z nejstarších pokusů astrofyziky, který sahá až k samotnému Newtonovi, který spekuloval, že vzájemná interakce mezi planetami by nakonec mohla řídit systém. nestabilní.' Ale nedokázal to vysvětlit, protože poruchová teorie ještě neexistovalo.

Před 200 lety se Newton zajímal o to, zda interakce mezi planetami nakonec neučiní sluneční soustavu nestabilní. Ale nosil nákrčník a pil absint? Historici si nejsou jisti.Portrét Isaac Newton (1642-1727)Autor: Godfrey Kneller – http://www.phys.uu.nl/~vgent/astrology/images/newton1689.jpg], Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=146431

Newton měl alespoň částečně pravdu. Určení budoucnosti komplikovaného systému, jako je naše Sluneční soustava, však není snadný úkol, zejména proto, že zahrnuje určitou vědeckou prognózu událostí, jejichž vývoj trvá miliardy let.

V této nové studii autoři provedli řadu tzv N- simulace těla . Jsou často používaným nástrojem v astronomii a astrofyzice.N-tělesné simulace jsou simulacemi dynamických systémů interagujících částic, i když v tomto případě jsou částicemi planety a samotné Slunce.

Za několik miliard let se Slunce – základní pilíř Sluneční soustavy – dramaticky změní. Fúze vodíku v jeho jádru skončí a Slunce opustí hlavní sekvence . Rozšíří se do a červený obr , obklopující Merkur, Venuši a pravděpodobně i Zemi. (Přežití Marsu je nejisté, ale protože jeho hmotnost je tak nízká, zda přežije nebo ne, velké vnější planety příliš neovlivní.'

Umělcův dojem struktury hvězdy podobné Slunci a červeného obra, ne v měřítku. Obrazový kredit: ESO

Můžete se zeptat: „Jakmile Země zmizí, koho zajímá, co bude dál? Proč se obtěžovat těmito simulacemi?' No, možná se lidstvo do té doby přesunulo dále do sluneční soustavy. Ale ať už ano, nebo ne, stále jsme nuceni znát osud Sluneční soustavy.

Takže jak se Slunce rozpíná v červeného obra, začne také ztrácet hmotu. Ve skutečnosti pravděpodobně během příštích 7 miliard let ztratí asi polovinu své hmoty. Ztráta hmoty, která ukotvuje oběžné dráhy planet Sluneční soustavy a dalších těles, bude extrémně rušivá.

Expanze Slunce bude s největší pravděpodobností znamenat konec hry pro vnitřní kamenné planety. Ale pro všechny lidi nebo jejich vzdálené, nerozpoznatelné potomky, kteří lpí na životě v evropském oceánu nebo někde jinde, to bude také konec hry.

Jak se Slunce vyvíjí, stane se hvězdou rudého obra, která bude narůstat, dokud nepohltí vnitřní planety. Obrazový kredit: Roen Kelly

Bez hmoty Slunce, která by je gravitačně ukotvila, se vnější planety Sluneční soustavy odlepí. Stejně jako aristokratovi na pětidenním absintovém flámu se jejich orbitální chování stane nepředvídatelným, nevyzpytatelným. Budou unášet dál, do vesmíru.

Zatím se nejedná o nové poznatky. „Vzhledem k úbytku hmoty Slunce – což se očekává, že odstraní zhruba polovinu hmoty hvězdy – se oběžné dráhy obřích planet rozšiřují,“ píší autoři. Ale Zink a jeho kolegové chtěli zjistit, co se stane poté. Podle jejich práce bude pro některé planety další období relativní stability.

'Tento adiabatický proces zachovává poměry orbitálních period, ale zvětšují se vzájemné interakce mezi planetami a šířka středních pohybových rezonancí (MMR), což vede k zachycení Jupiteru a Saturnu do stabilní rezonanční konfigurace 5:2.'

Ale tyto rozšířené oběžné dráhy spolu s dalšími charakteristikami činí situaci neudržitelnou. Nová konfigurace, která postrádá kotvící efekt hmoty Slunce, je citlivá na „...poruchy z interakcí hvězdných průletů,“ píší autoři. V tomto bodě jejich simulací je nyní naše nerozpoznatelné Slunce bílým trpaslíkem.

'V rámci asi 30 Gyr hvězdná setkání naruší planety na chaotickou subdoménu rezonance 5:2 a spouští rozsáhlou nestabilitu, která vyvrcholí vyvržením všech planet kromě jedné na následujících ~10 Gyr.'

Tento graf ukazuje, kdy je každá vnější planeta vyvržena ze sluneční soustavy v 10 simulacích autorů (znázorněných různými barvami). Image Credit: Zink et al. 2020

Jaká je jediná planeta, která odolá vyhnání? S největší pravděpodobností Jupiter, nejhmotnější planeta naší sluneční soustavy. Bez dalších společníků se Jupiter podle studie bude držet dalších 50 Gyr. Bude odstraněno pouze tehdy, když ho hvězdný průlet konečně pošle sbalit.

„S nepřítomností dalších planet postrádá přeživší planeta přímý mechanismus k dosažení pozitivní energie. Jediným zbývajícím zdrojem výměny energie jsou interakce s procházejícími hvězdami,“ píší autoři ve svém článku. A počítají, že kolem každých 20 milionů let projde hvězda.

Jak poslední planeta stojí, excentricita Jupiteru na oběžné dráze se zvýší. „V důsledku toho se očekávaný časový horizont vyvržení post-nestabilního plynného obra zkrátí zhruba dvojnásobně (ve srovnání s oběžnou dráhou planety před vypuknutím nestability). Takže osamělý starý Jupiter bude náchylnější k vyvržení jakýmikoli prolétajícími hvězdami.

Tento nejnovější snímek Jupitera pořízený Hubbleovým vesmírným teleskopem NASA/ESA dne 25. srpna 2020 byl zachycen, když byla planeta 653 milionů kilometrů od Země. Pokud je tato nová studie správná, Jupiter by mohl být poslední planetou ve sluneční soustavě. Poděkování: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center) a M. H. Wong (University of California, Berkeley) a tým OPAL.

Pokud si představujete jeden průlet za správných okolností k vymrštění Jupiteru, pravděpodobně to není úplně správné. Je to spíš jako ‚smrt tisíci řezy‘.

'Protože průletová setkání jsou vzácná (vstup do 10 000 au koule jednou za 23 Myr) a většina interakcí bude mít malé dynamické účinky na zbývající planetu, proces vyvržení může v zásadě probíhat plynule...' píší Zink a jeho spoluautoři.

Nebo možná ne. 'Na druhou stranu, pokud bude dostatek času, je také možné, že extrémně blízké setkání nezávisle osvobodí poslední planetu.' Základní mechanismus pro odstranění poslední planety tak představuje soutěž mezi těmito dvěma procesy.

Tento obrázek ze studie ukazuje pomalý nárůst excentricity a polohlavní osy způsobený opakovanými hvězdnými průlety v průběhu času, s jedním posledním průletem vymrštěním poslední planety ze Sluneční soustavy. Image Credit: Zink et al, 2020.

To není snadné simulovat, zvláště když se to všechno stane za miliardy let. Autoři vhodně pokládají otázku: „Jinými slovy, bude poslední planeta vyvržena jedinou velkou událostí nebo mnoha malými energetickými výměnami?“

Autoři však nabízejí několik upozornění. Jedna se týká počtu simulací, které provedli: 10. Uznávají, že jejich studie nepředstavuje solidní statistické důkazy, ale skutečnost, že každá simulace přinesla podobné výsledky, je stále významná. „Ve všech 10 našich simulacích jsou čtyři plynní obři vyvrženi ze sluneční soustavy během 10 let.¹²roku, po skončení úbytku sluneční hmoty,“ píší.

Další upozornění se týká hvězd, které prolétají. Modelovali průlety jednotlivých hvězd, ale asi polovina všech hvězd existuje v binárních párech. Tým tato setkání ze svých simulací tak trochu vyloučil. Ale stále s nimi počítali a uznávali, že binární průlety by pravděpodobně byly rušivější než průlety osamělé. 'Výběrem vyloučení těchto binárních setkání provádíme konzervativní odhad životnosti budoucí sluneční soustavy.' Jinými slovy, účinek zahrnutí binárních průletů by dále zkrátil tuto očekávanou životnost.“

Na samém začátku svého příspěvku autoři navrhují opatrnost ohledně vlastních výsledků. „Bohužel,“ píší, „dokonce i nejpřesnějšíN-Simulace těles jsou schopny vytvořit pouze časově omezené prognózy vývoje sluneční soustavy. Kvůli chaotické povaze planetárních drah je deterministické předpovídání nemožné v dostatečně dlouhém časovém horizontu.“

Samozřejmě, že samotná Mléčná dráha se během těchto extrémně dlouhých časových horizontů hodně změní. Jak to ovlivní budoucnost sluneční soustavy?

Jak sluneční soustava nebo to, co z ní zbylo, migruje galaxií, výhled se může změnit. 'Během časových měřítek uvažovaných v této studii může sluneční soustava podstoupit radiální migraci přes Galaxii a narazit na oblasti s různou hustotou hvězd a rozptylem rychlostí.' Ale to je téměř nemožné modelovat.

Bude migrovat ven nebo dovnitř? Nikdo si není jistý a nikdo si není jistý, jestli to znamená, že zbytkový systém narazí na méně hvězd nebo více hvězd. Ale míra setkání se může lišit třikrát.

Očekává se také, že Mléčná dráha se za několik miliard let srazí nebo splyne s galaxií Andromeda. Ale opět to není snadné modelovat na granulární úrovni jednotlivých solárních systémů. 'Tyto změny ovlivní rychlost a rychlost hvězdných setkání, ale přesné odhadnutí těchto změn zůstává obtížné a přesahuje rámec této práce.'

Umělecká ilustrace galaxie Andromeda a Mléčné dráhy, dvou největších galaxií v Místní skupině, jsou na kolizním kurzu. Kredit: NASA

V žádném případě není důvod dopíjet svou láhev absinthu a přitom jedním nervózním pohledem sledovat oblohu. Je nepravděpodobné, že by lidstvo mohlo být svědkem něčeho z toho. Pokud je pravda, že 99,9 % všech druhů, které kdy existovaly, vyhynulo, nemáme velké šance.

Ale otázka kolem osudu sluneční soustavy je stále fascinující. Nakonec se bývalí planetární společníci rozptýlí a budou unášet vesmírem jako darebné planety . Pokud je někdy zahlédne jakýkoli jiný druh chytrých kalhot, nebude mít ponětí o jejich původu a nebude mít žádný způsob, jak vědět, že určitý druh hominidů na určité planetě přemýšlel o jejich případném osudu.

Více:

• Tisková zpráva: Konečný osud naší sluneční soustavy
• Publikovaný výzkum: Velká nerovnost a dynamický rozpad vnější sluneční soustavy
• Vesmír dnes: Byla objevena darebná planeta o hmotnosti Země, která se volně vznáší v Mléčné dráze bez hvězdy