Иллюстрация выброса солнечной плазмы. Источник: Chartchai Sansaneeyashewin via Getty Images
Новое исследование показало, что внешняя часть Солнечной системы, включающая Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, может не сохранить свой нынешний облик на сотни миллиардов лет, как считалось ранее. Как сообщает Live Science, ученые пришли к выводу, что гигантские планеты способны выйти на странные орбиты, когда Солнце исчерпает топливо. Из-за этого они могут пересечься и разрушить друг друга в результате столкновений в течение трех миллиардов лет после превращения светила в красного гиганта.
Результаты работы были опубликованы 21 сентября в The Astrophysical Journal Letters. По мнению исследователей, они способны изменить представления о том, какие экзопланеты обращаются вокруг определенных звезд. Примерно через пять миллиардов лет Солнце, выработав водород в ядре, раздуется до красного гиганта. На этой стадии оно увеличится в сто раз по сравнению с нынешними размерами и поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, Землю, пояснил планетолог Университета Оклахомы Натан Кайб, не участвовавший в работе. После этого Солнце сожмется в белый карлик.
До сих пор специалисты полагали, что четыре внешние планеты переживут эту фазу относительно благополучно. Моделирование 1998 года показывало, что газ, который Солнце сбрасывает с внешних слоев, оттолкнет эту четверку наружу и удвоит радиус орбит каждой планеты. Нарушить новый порядок могло бы лишь гравитационное воздействие пролетающей звезды, а такие события, как считается, случаются раз в миллиард миллиардов лет.
Эти прогнозы опирались на допущение, что Солнце теряет внешние слои плавно. Однако недавние наблюдения за звездами говорят о более рывковой потере массы: облака газа поднимаются потоками плазмы, словно светило выбрасывает сгустки вещества. «Они похожи на корональные выбросы массы, только гораздо крупнее», — рассказал Live Science соавтор работы, профессор теоретической астрофизики Калтеха Джим Фуллер. Каждый такой сгусток толкает звезду назад, подобно отдаче при выстреле. Отдельный толчок сдвигает Солнце всего на несколько футов в секунду, но множество таких воздействий со временем меняют его скорость на сотни футов в секунду. Подобные толчки астрономы уже фиксировали у белых карликов в других системах.
Когда Фуллер описал это явление профессору планетологии Калтеха Константину Батыгину, первый автор работы понял, что оно серьезно повлияет на эволюцию нашей Солнечной системы. Причина в том, что толчки меняют гравитационное притяжение Солнца ко всему вокруг. Чтобы оценить последствия, Батыгин построил компьютерные симуляции Солнца и внешних планет. Ученые рассмотрели три сценария: плавная потеря массы, выброс сгустков на протяжении всей фазы красного гиганта и выброс только на ее последних этапах. Массу каждого сгустка тоже варьировали.
Первый сценарий дал результаты, близкие к прежним работам: внешняя Солнечная система сохраняла почти все свои черты миллиарды лет. Два других случая привели к совершенно иной картине. На 672 симуляциях выяснилось, что при потере массы сгустками гигантские планеты приходят в хаос: меняются местами, получают вытянутые орбиты и даже выбрасываются из системы. В 96% расчетов с самыми тяжелыми сгустками планеты погибали при столкновениях друг с другом. Эти процессы шли гораздо быстрее — менее чем через несколько сотен миллионов лет после превращения Солнца в белый карлик, а в самых крайних случаях еще на стадии красного гиганта. По словам Кайба, результаты указывают на то, что вокруг белых карликов должны преобладать планеты с вытянутыми орбитами, а не аналоги нынешней внешней Солнечной системы. Хотя считается, что у белых карликов возможны обитаемые планеты, работа показывает, что такие миры могут быть нестабильными.