Зірки гравітаційно прикріплені до своїх галактик і рухаються узгоджено з навколишнім середовищем. Але іноді щось розриває цей зв’язок. Наприклад, якщо зоря наближається надто близько до надмасивної чорної діри, чорна діра може виштовхнути її в космос як зорю-ізгоя.
Що сталося б із Землею, якби один із цих зіркових помічників підійшов надто близько?
Це малоймовірно, але ймовірність не дорівнює нулю.
Через кілька мільярдів років наша Сонячна система еволюціонувала до сидячої передбачуваності. Планети рухаються так само, як вони рухаються, і Сонце непохитно сидить посеред усього цього.
Але якби інша зірка підійшла надто близько, невидимі гравітаційні зв’язки, завдяки яким все відбувається так, як воно є, розтягнуться або розірветься.
Земля — це крихітна планета, яка містить лише близько трьох мільйонних частин маси Сонця. Наша планета існує завдяки примхам Сонця та його потужної гравітації, і якщо ще якась зірка прокладе собі дорогу в наше акуратне розташування, Земля буде повністю залежна від нової гравітаційної парадигми.
У новій статті досліджується, що станеться, якщо зірка-ізгой наблизиться до Сонця в межах 100 астрономічних одиниць. Стаття має назву « Майбутні траєкторії Сонячної системи: динамічне моделювання зіткнень зірок у межах 100 астрономічних одиниць ». Вона буде опублікована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . Провідний автор — Шон Реймонд, астроном з Лабораторії астрофізики Бордо, CNRS (Національний центр наукових досліджень) і Університету Бордо.
Ми знаємо, що стабільна передбачуваність у нашій Сонячній системі не триватиме довго. Сонце продовжуватиме розвиватися і протягом наступних мільярдів років стане світлішим. Земля знаходиться дуже близько до внутрішнього краю зони проживання. Лише трохи наблизитися до Сонця, і тонкий баланс, який дозволяє рідкій воді зберігатися на поверхні, буде порушено.
У цьому ж діапазоні в один мільярд років існує близько 1 відсотка ймовірності зустрічі з зіркою-ізгоєм . Що станеться з Землею, якщо це станеться? Чи буде Земля виштовхнута із зони проживання?
«На Землі залишилося приблизно мільярд років придатних для життя умов поверхні», – пишуть автори. Це в закритій системі, якою, здебільшого, є наша Сонячна система.
«Хоча орбітальна еволюція планет значною мірою визначається віковими та резонансними збуреннями, — пояснюють автори, — зірки, що проходять повз них, можуть мати значний вплив на орбіти планет».
Якщо зірка, що проходить повз неї, наближається, наша Сонячна система більше не є закритою системою.
Більшість зірок-ізгоїв, які також називають міжгалактичними зірками або зірками гіпершвидкості, оскільки їх траєкторії виводять їх за межі Чумацького Шляху, не наближаються до Землі. Каппа Кассіопеї , наприклад, знаходиться на відстані 4000 світлових років від нас і ніколи не наблизиться. Інші, як-от 675 зірок-ізгоїв, які астрономи з Університету Вандербільта виявили в 2012 році, були викинуті після того, як зіткнулися з надмасивною чорною дірою Чумацького Шляху, і їх траєкторії не наблизили їх до Землі.
Навіть у Чумацькому Шляху простір здебільшого порожній, і більшість прольотів зірок ніколи не наблизиться до іншої сонячної системи.
«Статистично кажучи, прольоти на відстані ближче ніж 100 а.о., які можуть сильно вплинути на орбіти планет, відбуваються лише один раз на 100 млрд років у нинішньому околиці Галактики», — пояснюють дослідники.
Хоча шанси низькі, це ймовірність. Коли ви дивитеся на галактику в цілому, майже напевно, що зірка, яка пролітає десь у галактиці, наблизиться до іншої зірки в межах 100 астрономічних одиниць.
Якщо цією зіркою є наше Сонце, що станеться з Землею?
Команда виконала моделювання N-тіла, щоб спробувати визначити потенційні результати для Землі. Вони почали з восьми планет Сонячної системи і додали одну зірку-ізгой. Вони зіставили маси імітованих зірок-ізгоїв із масами зірок у нашому зоряному сусідстві. Вони також зіставили швидкості зірок-ізгоїв з околицями. Вони змоделювали різні швидкості та траєкторії зірки, щоб побачити, як виглядає діапазон результатів для Землі. Загалом дослідники провели 12 000 симуляцій.
«Якщо зірка проходить на відстані 100 а.е. від Сонця, все ще є дуже високий шанс, що всі вісім планет Сонячної системи виживуть», — пишуть автори. Імовірність того, що жодна планета не буде втрачена, становить понад 95 відсотків.
Дефіцит моменту імпульсу (AMD) в результаті прольоту багато в чому визначає, що станеться далі. AMD є мірою орбітального збудження планетної системи та її довгострокової стабільності. Це різниця між «ідеалізованою системою з тими самими планетами реальної системи, що обертаються навколо тих самих великих півосей від зірки по круговій і плоский орбітах, і нормою кутового моменту реальної планетної системи», згідно з цим визначенням .
Але як це виглядає, коли одна з планет нашої Сонячної системи втрачена?
Симуляція дала різні результати. Меркурій найбільш вразливий і іноді втрачається при зіткненні з Сонцем. Інші результати включають зіткнення Землі з Венерою , викид крижаних гігантів Урана і Нептуна, виживання лише Землі та Юпітера або лише Юпітера. В одному апокаліптичному результаті всі вісім планет викидаються.
Інші результати менш драматичні. Усі вісім планет є незбуреними, усі вісім мають невеликі або всі вісім дуже збурені.
Хоча всі вісім планет виживають у більшості симуляцій, виживання може означати різні речі. Попри те, що вони залишаються в Сонячній системі та залишаються гравітаційно прив’язаними до Сонця, їхні орбіти можуть сильно порушитися. Деяких можна навіть викинути в Хмару Оорта .
Дослідники також звели в таблицю десять найімовірніших результатів руйнування планет.
«Ми визначили найпоширеніші шляхи, якими можуть бути загублені планети, маючи на увазі, що ймовірність того, що жодна планета не буде втрачена, перевищує або дорівнює 95%, якщо зірка проходить на відстані менше 100 а.о.», — пишуть вони.
- Зіткнення Меркурія з Сонцем (ймовірність 2,54%).
- Марс стикається з Сонцем (1,21%).
- Венера стикається з іншою планетою (1,17%).
- Уран викидається (1,06%).
- Нептун викидається (0,81%).
- Меркурій впливає на іншу планету (0,80%).
- Земля стикається з іншою планетою (0,48%).
- Сатурн викидається (0,32%).
- Марс стикається з іншою планетою (0,27%).
- Земля стикається з Сонцем (0,24%).
Коли справа доходить до викинутих планет, Уран і Нептун стикаються з найгіршими шансами. Це не дивно, оскільки вони найдальше від Сонця і найслабше зв’язані з ним гравітаційно. Також не дивно, що Меркурій має найвищі шанси зіткнутися з Сонцем. Як найменш масивна планета, вона стикається з більшим ризиком збурення через проліт зірки.
Коли мова заходить про Землю, існує широкий спектр потенційних результатів. У списку вище Земля має 0,48 відсотка ймовірності зіткнення з іншою планетою. Але на Землю чекає інша потенційна доля, про яку неприємно думати: вигнання до Хмари Оорта.
«Довгострокове виживання Землі в хмарі Оорта не гарантовано», — заявили автори.
Варто розглянути ще один екзотичний результат моделювання: захоплення Землі зіркою, що проходить повз. У цій симуляції була зірка, яка була трохи меншою за Сонце, і рухалася з відносно низькою швидкістю, наближаючись до Сонячної системи впритул.
Наслідком стало руйнівне знищення Сонячної системи, якою ми її знаємо. Земля покинула Сонце і втекла разом із зіркою, тоді як шість інших планет врізалися в Сонце. Єдиною вцілілою планетою був Юпітер. Це не дивно, оскільки це наймасивніша планета.
У документі представлено широкий спектр результатів, включаючи вплив Місяця на Землю, захоплення Землі та Місяця зіркою, що проходить повз, і навіть знищення всіх планет і їхніх супутників. Але шанси, що щось з цього станеться, надзвичайно низькі.
Але наскільки ймовірно, що Земля залишиться придатною для життя в такому зіткненні? Якщо орбіта Землі буде змінена, то в результаті на планеті стане тепліше або холодніше.
Є ще більше потенційних доль. Земля може проіснувати як планета-ізгой близько мільйона років, поки поверхня не замерзне. Або, можливо, якби він потрапив у полон до зірки-ізгоя, він якимось чином був би придатний для проживання в якомусь новому порядку.
Зрештою, ймовірність прольоту зірки на відстані 100 астрономічних одиниць нескінченно мала. І симуляції показують, що якщо це все-таки станеться, то найвірогіднішим результатом є те, що всі вісім планет виживуть, хоча й на орбітах, дещо відмінних від тих, за якими вони рухаються зараз.
«Попри різноманітність потенційних еволюційних шляхів, висока ймовірність того, що поточна ситуація в нашій Сонячній системі не зміниться», — підсумовують автори.
