|
Построили модель поглощения планет звездами
|
|
|
|
Через пять миллиардов лет Солнце превратится в красный гигант и расширится в десятки раз. При этом оно поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Другие звезды, за исключением самых маленьких и самых массивных, тоже становятся красными гигантами, поэтому аналогичная судьба постигнет — и уже постигла — множество планет по всей Галактике. Некоторые экзопланеты обращаются вокруг своих звезд гораздо ближе, чем Меркурий к Солнцу, а массой превосходят Юпитер, и их поглощение должно приводить к драматическим эффектам. Кроме того, астрономам встречались красные гиганты, обогащенные литием. Этот элемент быстро разрушается в звездных недрах, и его наличие в атмосфере звезды «не первой молодости» — несомненный признак недавнего поглощения звездой крупного небесного тела.
|
|
|
|
Что же происходит во время поглощения планеты своей звездой? Когда звезда расширяется до орбиты планеты, приливные силы резко возрастают. Планета «поднимает волну» за собой в веществе звезды, гравитация волны притягивает планету и тормозит ее (по аналогичной причине Фобос скоро столкнется с Марсом). Планета начинает по спирали снижаться к звезде и оказывается внутри нее. Удивительно, но результат этой встречи не всегда однозначен. Астрономы находили планеты, обращающиеся по тесным орбитам вокруг гелиевых субкарликов — обнажившихся звездных ядер, в которых еще продолжается термоядерный синтез. Один из примеров такой системы — Kepler-70. Образоваться на своих нынешних орбитах эти планеты не могли, а гелиевые субкарлики формируются из-за преждевременного сброса оболочки красным гигантом.
|
|
|
Все это означает, что планета может не только пережить поглощение, но и «сорвать» с гиганта оболочку, после чего снова оказаться «на воле». Исследователи из Калифорнийского университета (США) во главе с Рикардо Ярсой исследовали, что же происходит с планетой, оказавшейся внутри своей звезды, с помощью компьютерной симуляции. Отметим, что полная модель поглощения выходит за рамки даже современных возможностей компьютерного моделирования. Объем затрагиваемого планетой пространства в миллионы раз меньше объема красного гиганта, поэтому достаточно точно смоделировать всю систему с одним и тем же разрешением сейчас невозможно. Тем не менее ученые смогли построить упрощенную модель, позволившую им выделить несколько отличающихся сценариев поглощения. Они ограничили полное моделирование регионом вокруг планеты, а на основе результатов вычисляли влияние процесса на звезду. Выяснилось, что далеко не всегда поглощение проходит для звезды бесследно, а сами планеты при этом могут выживать.
|
|
|
|
Поначалу планета в использованной модели считается неразрушимой массивной сферой и взаимодействует со звездой несколькими способами. Во-первых, планета расталкивает газ звездной оболочки со своего пути, создавая в нем сверхзвуковую ударную волну. Во-вторых, достаточно массивные планеты притягивают набегающий поток, и этот процесс гравитационного фокусирования создает «кильватерную» волну сжатия — участок уплотненного газа, следующий за планетой по ее орбите внутри звезды и действующий на нее своей гравитацией. Кроме того, планета все так же «поднимает» за собой приливную волну внутри атмосферы звезды. Все эти процессы тормозят планету. Ее кинетическая и орбитальная энергия при этом переходит в тепловую и выделяется в виде прибавки к светимости звезды. По мере погружения планета встречает все более плотную среду и все более мощные приливные силы, и в некоторый момент предположение о ее «неразрушимости» прекращает действовать.
|
|
|
|
Если лобовое сопротивление либо приливные силы превосходят «предел прочности» планеты, симуляция регистрирует ее разрушение, а вся оставшаяся кинетическая и орбитальная энергия планеты разом передается звезде. Чем больше звезда, тем меньше энергия гравитационного связывания ее оболочки и тем легче она отделяется. Отметим, что описываемая модель является консервативной – с ее помощью ученые рассчитали, в каких условиях планета точно сорвет с гиганта оболочку, но более тщательный учет всех эффектов, скорее всего, понизит эту планку. Результаты симуляции показали, что планета, масса которой превосходит 10 масс Юпитера, полностью срывают оболочку с красного гиганта при погружении в него. Напротив, звезды, которые еще не закончили превращение в красный гигант, имеют гораздо больше шансов остаться целыми. Звезда солнечной массы, расширившаяся до десяти солнечных диаметров, может пережить слияние даже с красным карликом массой в сто масс Юпитера (одну десятую солнечной массы).
|
|
|
|
Слияние с планетой выделяет колоссальную энергию. Самые тяжелые планеты значительно тормозятся гравитационным фокусированием и приливами, и быстро погружаются вглубь звезды, поэтому энерговыделение оказывается очень сжатым и интенсивным. На пике, продолжающемся около года, светимость звезды может повышаться во много тысяч раз, после чего она остается повышенной в несколько раз еще в течение сотен и тысяч лет. Прямое наблюдение этого процесса — дело ближайшего будущего: Местная Группа галактик насчитывает триллионы звезд, и среди них найдутся те, что заняты поглощением своих планет прямо сейчас. Вероятно, их сможет отыскать обсерватория имени Веры Рубин, которую введут в строй в 2023 году, и она многократно повысит возможности обнаружения переменных и катастрофических явлений во Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
