Солнечная система может утратить свою стабильность значительно раньше, чем предполагалось ранее, когда Солнце подойдет к концу своего жизненного цикла. Исследование указывает на то, что неравномерная потеря массы звезды способна дестабилизировать орбиты газовых гигантов и выбросить некоторые из них в межзвездное пространство.
Работа, опубликованная в журнале The Astrophysical Journal Letters, демонстрирует, что эта перестройка может произойти вплоть до ста раз быстрее, чем предполагали предыдущие оценки. Традиционные модели предполагали, что Солнце будет постепенно терять массу по мере старения. В таком сценарии внешние планеты могли бы оставаться на стабильных орбитах миллиарды лет, даже после превращения звезды в белого карлика, финальную стадию ее эволюции.
Константин Батыгин и Джим Фуллер из Калифорнийского технологического института (Caltech), а также Фред Адамс из Мичиганского университета, изучали, что происходит, когда эта потеря массы не является равномерной. Вместо непрерывного высвобождения вещества, умирающее Солнце может выбрасывать свои внешние слои тысячами отдельных эпизодов. Каждая такая выброска вызывала небольшое изменение скорости звезды, тем самым изменяя ее гравитационное влияние на планеты.
Для изучения этого сценария исследователи проанализировали данные обсерватории Gaia Европейского космического агентства, которая изучила системы двойных звезд, включая те, что содержат белые карлики. Затем они провели симуляции, чтобы оценить, как эти возмущения повлияют на Солнечную систему. В наиболее реалистичных моделях каждый эпизод высвобождал материю, эквивалентную примерно 33 земным массам. На протяжении около 4600 таких выбросов незначительные изменения траектории Солнца могли накопиться и поставить под угрозу стабильность самых дальних планет.
Последствия для планет
В 37 из 48 выбранных симуляций газовые гиганты начали неожиданно пересекать свои орбиты. В некоторых случаях это происходило, когда Солнце потеряло всего 10% своей массы, еще до завершения выброса своих внешних слоев. Последствия могут выйти за рамки простого смещения положения планет. Например, Уран и Нептун могут поменяться местами или приблизиться к орбитальной области Юпитера. Сатурн также рискует быть выброшенным из Солнечной системы.
В девяти из десяти симуляций по крайней мере одна газовая планета оказывается выброшенной в межзвездное пространство. Константин Батыгин, астрофизик-теоретик из Caltech, отметил, что этот результат может помочь объяснить существование блуждающих планет, которые перемещаются в пространстве, не вращаясь вокруг звезды. В 90% симуляций Солнечная система теряла свою первоначальную конфигурацию в течение трех миллиардов лет после того, как Солнце превратилось в белый карлик. Некоторые сценарии показали, что дестабилизация может начаться еще до этой стадии.
Вывод исследования перекликается с вопросом, поднятым Исааком Ньютоном относительно стабильности планет, однако указывает на иную причину, чем предполагал ученый: вместо того чтобы внешняя звезда нарушала систему, само старение Солнца может спровоцировать этот процесс. Объясняя изменение результатов, Батыгин подчеркнул, что рассмотрение потери массы как серии дискретных событий, а не как непрерывного процесса, радикально меняет прогнозы относительно судьбы планет. Открытие также может повлиять на изучение других планетных систем. По словам исследователя, около 97% звезд заканчивают свою жизнь подобно тому, как это предсказывается для Солнца. Если неравномерная потеря массы также произойдет в этих системах, звездная смерть может глубоко трансформировать орбиты планет вокруг них.