Co czeka Układ Słoneczny po śmierci Słońca?
Przyszłość Układu Słonecznego po utracie znacznej części masy przez Słońce od dawna pozostaje przedmiotem zainteresowania astronomów. W nowych analizach badacze z California Institute of Technology oraz University of Michigan ustalili, że planety położone w zewnętrznej części układu mogą utracić stabilność znacznie wcześniej, niż wcześniej zakładano. Zdarzenia te, zamiast nastąpić dopiero po kwintylionie lat, mogą rozpocząć się już za około miliard lat. Ziemia prawdopodobnie nie będzie wtedy istnieć, jednak podobne zagrożenie może dotyczyć również Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. Artykuł przedstawiający wyniki opublikowano w „The Astrophysical Journal Letters”.
Według wcześniejszych modeli orbity zewnętrznych planet miały pozostać stabilne przez miliardy lat, a do ich zaburzenia mogłoby dojść przede wszystkim wskutek przelotu innej gwiazdy w pobliżu Układu Słonecznego. Wyniki najnowszych obliczeń wskazują natomiast, że ewolucja umierającego Słońca może wywołać dużo wcześniejsze i bardziej gwałtowne zmiany.
Aby zbadać ten proces, naukowcy zestawili szczegółowy model ewolucji Słońca z symulacjami komputerowymi przedstawiającymi ruch Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna. W obliczeniach uwzględnili stopniowe zmniejszanie się masy gwiazdy, związane z następującymi po sobie wyrzutami materii.
Łącznie wykonali 672 symulacje, zmieniając w nich rozmiary kolejnych wyrzutów. Przeanalizowali też dwa możliwe przebiegi ewolucji Słońca. Jeden scenariusz zakładał utratę masy przez cały okres przemiany gwiazdy w olbrzyma, natomiast drugi ograniczał ten proces do jej późniejszych etapów.
Dodatkowo badacze sprawdzili modele, w których masa Słońca malała nieprzerwanie, bez nagłych emisji materii. Dalszy rozwój układu śledzili przez następne 3 miliardy lat, oceniając, czy konfiguracja planet pozostanie stabilna.
Jakie zmiany orbit przewidują nowe modele?
W zdecydowanej większości scenariuszy uwzględniających większe wyrzuty materii układ planetarny ulegał poważnym zaburzeniom. Aż 96 proc. takich symulacji wskazywało na utratę stabilności w okresie 3 miliardów lat po przemianie Słońca w białego karła. Około 40 proc. modeli wykazywało zaburzenia orbit lub gwałtowne rozproszenie planet jeszcze przed zakończeniem procesu utraty masy przez gwiazdę.
W części analizowanych przypadków planety opuszczały Układ Słoneczny. Inne symulacje wskazywały na zmianę kolejności orbitalnej Urana i Neptuna.
Czy orbity Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna mogą pozostać stabilne?
Badacze zauważyli również, że mniejsze wyrzuty materii niekiedy prowadziły do synchronizacji ruchu dwóch planet. Niektóre takie konfiguracje zachowywały stabilność przez cały analizowany okres wynoszący 3 miliardy lat. Oznacza to, że nie każde przekształcenie orbit prowadziło do destabilizacji całego układu.
W niektórych scenariuszach planety osiągały rezonans orbitalny. Jest to konfiguracja, w której ich okresy obiegu pozostają ze sobą powiązane, a oddziaływania grawitacyjne powtarzają się w regularnych odstępach. Podobnych układów nie obserwowano w symulacjach zakładających stopniową i równomierną utratę masy przez Słońce.
Przyszłość Układu Słonecznego zależy od dalszej ewolucji naszej gwiazdy. Zgodnie z wynikami symulacji przemiany Słońca mogą doprowadzić do utraty stabilności przez zewnętrzne planety wcześniej i w bardziej gwałtowny sposób, niż przewidywały dotychczasowe modele.
Mariusz Drzewiecki
