Sekrety gwiazd, które zjadają ich planety

Słońce karmiło życie na ziemi, ale nie będzie ono wiecznie gościnne. Pięć miliardów lat w przyszłość gwiazda naszego Układu Słonecznego stanie się tak masywna, że ​​Merkury, Wenus i prawdopodobnie Ziemia zostaną połknięte w całości.

To może wydawać się haniebnym końcem naszego ukochanego domu. Ale naukowcy uważają, że ten proces „zanurzenia planety”, w którym gwiazdy pochłaniają swoje planety, jest powszechny w cyklu życia układów gwiezdnych.

Naukowcy nazywają je „gwiazdami kanibali” (chociaż są to planety, które je zjadają, a nie inne gwiazdy) i mogą wyjaśniać tajemnice astronomii, dziwne formacje orbitalne i zanieczyszczone światło gwiazd, które od lat zbijają naukowców z tropu. Ale jest bardziej podstawowa atrakcja: badanie jaskółek planetarnych może pomóc nam zrozumieć długoterminowy los Ziemi i dostarczyć wskazówek w poszukiwaniu życia pozaziemskiego. Co może być bardziej humanitarne niż przewidywanie końca świata i myślenie o tym, czy jesteśmy sami we wszechświecie?

powiedział Ricardo Yarza, absolwent astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz, który bada jaskółki planetarne. „Zawsze ciekawie jest wyobrazić sobie cywilizację, która zdaje sobie z tego sprawę, tak jak my, i zdaje sobie sprawę, że w pewnym momencie musisz opuścić dom”.

Gwiazdy występują w wielu odmianach, w tym karzełkach i błyskotliwych hipergantach. Oczekiwana długość życia i ostateczny los gwiazdy – a zatem wszelkich krążących wokół niej planet – jest związany z jej masą: czerwone karły mogą żyć biliony lat, podczas gdy masywne gwiazdy eksplodują w ciągu kilku milionów.

Gwiazdy wielkości słońca Rozpoczynają rytuał śmierci, gdy zabraknie im wodoru, co powoduje, że ich granice poszerzają się setki razy. Podczas fazy „czerwonego olbrzyma” wiele gwiazd pożera swoje głębokie planety, zanim wyczerpie pozostałe paliwo.

Czerwone olbrzymy, odkryte około sto lat temu, czasami pojawiają się w opowieściach science fiction jako złowrogie tła O skazane cywilizacje lub wizje naszego Układu Słonecznego odległa przyszłość. Chociaż często wyobrażaliśmy sobie pełzanie apokalipsy zaawansowanych gwiazd, rzeczywisty proces połykania przez planety pozostaje owiany tajemnicą.

takie jak Już w 1967Na przykład astronomowie myśleli o „ostatecznym losie materii planetarnej” pochłoniętym przez gwiazdy. Ale mogli tylko spekulować, po części dlatego, że naukowcy nie byli w stanie potwierdzić, że planety krążą wokół innych gwiazd aż do lat 90. XX wieku.

od tego czasu Niesamowite 5000 egzoplanet Został wykryty przez misje takie jak Kosmiczne Obserwatorium Keplera NASA, zapoczątkowując nowe zrozumienie niezliczonych sposobów ewolucji systemów gwiezdnych i tego, jak ostatecznie umierają. Nowa generacja obserwatoriów na Ziemi i poza nią, w tym nowo działające obserwatoria Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbaprzedstawi te światy z niespotykaną dotąd szczegółowością, rzucając światło na możliwości goszczenia życia.

Sama obfitość znanych egzoplanet, zwłaszcza tych o wąskich orbitach, sugeruje, że życie wielu światów zakończy się w żołądkach ich gwiazd macierzystych. Ale w wiedzy astronomów jest wiele luk, ponieważ trudno jest łapać gwiazdy podczas pożerania planet. Stworzenie modeli pochłaniających wydarzeń jest również trudne, po części ze względu na skrajną dysproporcję między rozmiarami gwiazd i ich planetarnymi posiłkami.

powiedział pan Yarza, który przedstawił Nowe wyszukiwanie O tym przed Amerykańskim Towarzystwem Astronomicznym w czerwcu. „Co dzieje się z planetami, które połykają?” Czy niektórzy z nich przeżyją? Czy wszystkie zostaną zniszczone? Co dzieje się z gwiazdą w wyniku połknięcia? „

Aby wdrożyć niektóre z tych scenariuszy, pan Yarza wraz z kolegami modelował w swoich badaniach połykanie planet większych niż Jowisz, które zostały Przesłano do The Astrophysical Journal. Aby wyjaśnić rozbieżności w wielkości gwiazd i planet, naukowcy opracowali podejście, które osiedliło się w gazowym zewnętrznym obszarze gwiazdy, gdzie planety po raz pierwszy połykają.

Wyniki sugerują, że gwiazdy z masywnymi planetami mogą czasami pożreć więcej niż mogą przeżuć, co ma poważne konsekwencje dla obu ciał. Podczas gdy światy wielkości Ziemi pożerają je bez fanfar, planety znacznie większe niż Jowisz mogą przyjąć niektóre gwiazdy do wnętrza.

Wyobraź sobie jedną z tych planet Uber, gdzie w końcu została wyprzedzona przez obrzeża gwiazdy, na której odciska się przez miliardy lat. Gazy wirują w wirach, gdzie spotykają się z ciałami. Gdy potężny naukowiec schodzi do piekła, przenosi swój pęd na gwiazdę. Niestabilności wynikające z tej wymiany mogą sprawić, że gwiazda zniknie z pola widzenia i wyrzuci swoją gwiezdną atmosferę w przestrzeń, a następnie zapadnie się w martwego białego karła.

Ta sekwencja mogłaby wyjaśnić „mylące” obserwacje Planety na bliskich orbitach O białych karłach, powiedział pan Yarza. Nie jest jasne, w jaki sposób te światy przetrwały śmierć swoich gwiazd. Nowe modele wskazują na odpowiedź: tonąca planeta olbrzym, po stymulowaniu wypychania zewnętrznych warstw gwiazdy, mogłaby zostać zepchnięta na nową, ciaśniejszą orbitę, aby nie uległa całkowitemu spaleniu.

Robi się jeszcze dziwniej: niektóre gigantyczne planety uwalniające iskry zabijające gwiazdy mogą również tworzyć nowe światy, ponieważ są wzmacniane w gwiezdnym piecu. „Możesz mieć planetę, która pochłania, a następnie wyrzuca pewną ilość materiału, a ten materiał może uformować dysk wokół gwiazdy, tworząc nową planetę”, powiedział Yarza, opisując nową planetę jako „wschodzącą z popiołów”. Dodał: „Masz planetę, która ulega zniszczeniu, ale robi wystarczająco dużo w gwieździe, aby wyłoniła się z niej nowa planeta”.

Inne dziwaczne obserwacje obejmują gwiezdną wersję powiedzenia „jesteś tym, co jesz”: gwiazdy stają się bogate w pierwiastki planetarne, takie jak lit, co pozwala astronomom identyfikować gwiazdy kanibali na podstawie chemicznych odcisków palców odciśniętych w ich świetle.

powiedziała Melinda Soares Furtado, stypendystka NASA na Uniwersytecie Wisconsin-Madison i współautorka książki naukowej. „Ale pozostawione sygnatury można obserwować znacznie dłużej – nawet miliardy lat”.

Systemy dwugwiazdkowe, znane jako diody, są idealnym środowiskiem do poszukiwania dowodów nagłego połknięcia. Gwiazdy podwójne zwykle rodzą się razem z tego samego obłoku gazu i pyłu, co czyni je chemicznie identycznymi. Jednak około 25% do 30% gwiazd podobnych do Słońca w układach podwójnych ma anomalne sygnały, które są „źródłem napięcia między teorią a obserwacjami”. Według badania z 2021 r. Opublikowano w Astronomii Przyrody.

Lorenzo Spina, astrofizyk z Obserwatorium Astronomicznego w Padwie we Włoszech i autor tego badania, uważa, że ​​te różnice chemiczne mogą ujawnić pozostałości bezcielesnych światów. Chociaż nie jest jasne, jak często planety doświadczają tej apokalipsy – kursu kolizyjnego z gwiazdą – może to być główny czynnik w ocenie potencjalnej możliwości zamieszkania innych systemów.

„Nie chcemy takiej sytuacji, gdy szukamy układu planetarnego, w którym mogłoby istnieć życie” – powiedział dr Spina. „Chcemy znaleźć gwiazdy, które zawierają „nudne” układy planetarne, powiedzmy, jak nasz własny układ planetarny, o którym wiemy, że nie zmienił się zbytnio w przeszłości”.

Z drugiej strony, ekscentryczność i mieszanie się światów w gwiazdach podczas połykania może otworzyć rzadkie okno na wewnętrzne składniki egzoplanet.

„Byłoby wspaniale, ponieważ skład chemiczny planety jest oczywiście bardzo ważny dla rozwoju życia” – powiedział dr Spina.

Myśląc o tych epickich jaskółkach, trudno nie zastanawiać się, czy jakieś pozaziemskie cywilizacje zostały bezceremonialnie wrzucone do swoich gwiazd lub zmuszone do migracji w głąb swoich systemów gwiezdnych, przenosząc się do nowych, zamieszkałych światów z ciepłem postępujących czerwonych olbrzymów. W ciągu pięciu miliardów lat zamarznięte światy zewnętrzne naszego Układu Słonecznego mogą być zasilane przez Słońce, nawet gdy jego planety wewnętrzne zostaną pochłonięte.

Dr Soares Furtado powiedział, że spożycie to „los Merkurego i Wenus w naszym Układzie Słonecznym, jeśli przyspieszysz zegar i przyjrzysz się, co dzieje się ze słońcem”. „Macie Jowisza, Saturna i Urana, wszystkie siedzące w przyjemnej, nadającej się do zamieszkania strefie” – dodała.

Powiedziała, że ​​dzięki nowym teleskopom naukowcy uzyskają „więcej przebłysków tych późniejszych etapów”.