Что будет с Землей, если близко подойдет звезда-изгой
Звезды гравитационно привязаны к своим галактикам и движутся согласованно с окружающей средой. Но иногда что-то разрывает связь. Например, если звезда подойдет слишком близко к сверхмассивной черной дыре, черная дыра может вытолкнуть ее в космос как звезду-изгоя. Что произойдет с Землей, если один из этих звездных нарушителей подойдет слишком близко? Это не очень вероятное событие, но вероятность не равна нулю. Спустя несколько миллиардов лет наша Солнечная система превратилась в малоподвижную и предсказуемую. Планеты движутся вместе с движением, а Солнце неподвижно сидит посреди всего этого. Но если бы другая звезда подошла слишком близко, невидимые гравитационные связи, удерживающие все на своем месте, растянулись бы или разорвались. Земля — крошечная планета, масса которой составляет всего около трёх миллионных массы Солнца. Наша планета существует по прихоти Солнца и его мощной гравитации, и если другая звезда вмешается в нашу аккуратную систему, Земля окажется полностью во власти новой гравитационной парадигмы.
В новой статье исследуется, что произойдет, если звезда-изгой окажется на расстоянии менее 100 а.е. от Солнца. Статья называется «Будущие траектории солнечной системы: динамическое моделирование встреч звезд в пределах 100 а.е.». Она появится на сервере препринтов arXiv и будет опубликована в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества». Ведущий автор — Шон Рэймонд, астроном из Лаборатории астрофизики Бордо, CNRS (Национального центра научных исследований) и Университета Бордо. Мы знаем, что стабильная предсказуемость в нашей Солнечной системе не продлится долго. Солнце продолжит развиваться и в течение следующего миллиарда лет станет более ярким. Земля находится очень близко к внутренней границе обитаемой зоны. Еще немного ближе к солнцу, и хрупкий баланс, позволяющий жидкой воде сохраняться на поверхности, будет нарушен. В том же диапазоне в один миллиард лет вероятность встречи со звездой-изгоем составляет около 1%. Что произойдет с Землей, если это произойдет? Будет ли Земля вытеснена из обитаемой зоны?
«На Земле осталось около миллиарда лет пригодного для жизни состояния поверхности», — пишут авторы. Это в закрытой системе, которой по большей части является наша Солнечная система. «Хотя орбитальная эволюция планет во многом определяется вековыми и резонансными возмущениями», — объясняют авторы, — «проходящие звезды могут оказывать косвенное влияние на орбиты планет». Если проходящая звезда приблизится, наша Солнечная система перестанет быть закрытой системой. Большинство звезд-изгоев, также называемых межгалактическими звездами или сверхскоростными звездами, потому что их траектории уводят их за пределы Млечного Пути, не приближаются к Земле. Каппа Кассиопеи, например, находится на расстоянии 4000 световых лет от нас и никогда не приблизится. Другие, такие как 675 звезд-изгоев, обнаруженные астрономами из Университета Вандербильта в 2012 году, были выброшены после столкновения со сверхмассивной черной дырой Млечного Пути, и их траектории не привели их к Земле.
Даже в Млечном Пути космос по большей части пуст, и большинство звезд, пролетающих мимо, никогда не приблизится к другой солнечной системе. «С точки зрения статистики, пролеты на расстоянии ближе 100 а.е., которые сильно повлияют на орбиты планет, происходят примерно один раз в 100 миллиардов лет в нынешнем галактическом окружении», — объясняют исследователи. Хоть шансы и невелики, но это возможно. Когда вы смотрите на галактику в целом, почти наверняка где-то в галактике пролетит звезда на расстоянии менее 100 а.е. от другой звезды. Если эта звезда — наше Солнце, что будет с Землей? Команда провела моделирование N тел, чтобы попытаться определить потенциальные последствия для Земли. Они начали с восьми планет Солнечной системы и добавили одну звезду-изгой. Они сопоставили массы смоделированных звезд-изгоев с массами звезд в нашем звездном окружении. Они также сопоставили скорости звезд-изгоев с окрестностями. Они смоделировали различные скорости и траектории звезды, чтобы увидеть, как выглядит диапазон результатов для Земли. В общей сложности исследователи провели 12 000 симуляций.
«Если звезда пройдет в пределах 100 а.е. от Солнца, все равно остается очень высокая вероятность того, что все восемь планет Солнечной системы выживут», — пишут авторы. Вероятность того, что ни одна планета не будет потеряна, составляет более 95%. Дефицит углового момента (AMD) в результате пролета во многом определяет то, что произойдет дальше. AMD является мерой орбитального возбуждения планетарной системы и ее долгосрочной стабильности. Согласно этому определению, это разница между «идеализированной системой с теми же планетами реальной системы, обращающимися по одной и той же большой полуоси от звезды на круговых и плоских орбитах, и нормой углового момента реальной планетной системы», согласно этому определению. Но как это выглядит, когда одна из планет нашей солнечной системы потеряна? Моделирование дало разные результаты. Меркурий наиболее уязвим и иногда теряется при столкновении с Солнцем. Другие результаты включают столкновение Земли с Венерой, выброс ледяных гигантов Урана и Нептуна, выживание только Земли и Юпитера или только Юпитера. В одном апокалиптическом исходе все восемь планет были выброшены.
Другие результаты менее драматичны. Все восемь планет невозмущены, все восемь слегка возмущены или все восемь сильно возмущены. Хотя в большинстве симуляций все восемь планет выживают, выживание может означать разные вещи. Несмотря на то, что они остаются в Солнечной системе и остаются гравитационно связанными с Солнцем, их орбиты могут быть сильно нарушены. Некоторых можно даже вытолкнуть в Облако Оорта. Исследователи также составили таблицу десяти наиболее вероятных исходов разрушения планет. «Мы определили наиболее распространенные пути, по которым могут быть потеряны планеты, учитывая, что существует вероятность, превышающая или равная 95%, что ни одна планета не будет потеряна, если звезда пройдет в пределах 100 а.е.», — пишут они.
- Меркурий сталкивается с Солнцем (вероятность 2,54%).
- Марс сталкивается с Солнцем (1,21%).
- Венера сталкивается с другой планетой (1,17%).
- Уран выбрасывается (1,06%).
- Нептун выбрасывается (0,81%).
- Меркурий сталкивается с другой планетой (0,80%).
- Земля сталкивается с другой планетой (0,48%).
- Сатурн выбрасывается (0,32%).
- Марс сталкивается с другой планетой (0,27%).
- Земля сталкивается с Солнцем (0,24%).
Когда дело доходит до выброшенных планет, у Урана и Нептуна наихудшие шансы. Это неудивительно, поскольку они находятся дальше всего от Солнца и наиболее слабо связаны с ним гравитацией. Также неудивительно, что у Меркурия самые высокие шансы столкнуться с Солнцем. Как наименее массивная планета, она сталкивается с большим риском возмущений из-за пролета звезды. Когда дело доходит до Земли, существует множество потенциальных результатов. В приведенном выше списке Земля имеет вероятность столкновения с другой планетой 0,48%. Но Землю ждет еще одна потенциальная судьба, о которой неприятно думать: изгнание в Облако Оорта. «Долгосрочное выживание Земли в облаке Оорта не гарантировано», — невозмутимо заявляют авторы. Стоит рассмотреть еще один экзотический результат моделирования: захват Земли проходящей звездой. В этой модели звезда была чуть менее массивной, чем Солнце, и двигалась с относительно низкой скоростью, приближаясь к нашей Солнечной системе. Результатом стало разрушительное уничтожение Солнечной системы, какой мы ее знаем. Земля покинула Солнце и убежала вместе со звездой, в то время как шесть других планет врезались в Солнце. Единственной выжившей планетой был Юпитер. В этом нет ничего удивительного, поскольку это самая массивная планета.
В документе представлен широкий спектр последствий, включая столкновение Луны с Землей, захват Земли и Луны проходящей звездой и даже разрушение всех планет и их спутников. Но вероятность того, что что-то из этого произойдет, крайне мала. Но насколько вероятно, что Земля останется пригодной для жизни в таком столкновении? Если орбита Земли изменится, то в результате на планете станет теплее или холоднее. Есть еще потенциальные судьбы. Земля могла бы существовать как планета-изгой в течение миллиона лет или около того, пока ее поверхность не замерзнет. Или, может быть, если бы он был захвачен звездой-изгоем, он каким-то образом был бы пригоден для обитания в каком-то новом устройстве. В конечном счете, шансы на пролет звезды на 100 а.е. бесконечно малы. И моделирование показывает, что если бы это действительно произошло, наиболее вероятным результатом на сегодняшний день будет то, что все восемь планет выживут, хотя и на орбитах, немного отличающихся от тех, по которым они следуют сейчас. «Несмотря на разнообразие потенциальных путей эволюции, высока вероятность того, что нынешняя ситуация в нашей Солнечной системе не изменится», — заключают авторы.
