Wspaniały układ z czterema egzoplanetami. Trzy z nich mają już wyrok śmierci

Pięćdziesiąt siedem lat świetlnych od Ziemi znajduje się gwiazda, wokół której krążą cztery planety. Gdybyśmy planowali kiedyś je odwiedzić, to musimy się streszczać z pracami nad technologiami pozwalającymi przemieszczać się na odległości kilku, kilkudziesięciu lat świetlnych. Nie ma bowiem zbyt dużo czasu. Za około miliard lat, gwiazda centralna tego układu planetarnego zacznie się powiększać i przedjdzie w stadium czerwonego olbrzyma, a wtedy z czterech planet, może pozostać tylko jedna.

Oczywiście za chwilę ktoś oburzony powie, że w miliard lat to ludzkość, a właściwie gatunek, który z niej wyewoluuje (i nie będzie przypominał swojego odległego i prymitywnego przodka), będzie w stanie już latać do innych gromad galaktyk, a nie do najbliższych gwiazd. Jasne, tak zazwyczaj mówią eksperci wychowani na literaturze i filmach science-fiction, w których lecąc jednoosobowym kosmicznym ścigaczem skręca się wolant, aby zakręcić wokół tej czy innej gwiazdy i zmylić napastnika. Problem w tym, że rzeczywistość oparta nie na fantazji i wyobraźni, a na fizyce wygląda inaczej. Możliwe, że do wynalezienia sposobu podróży międzygwiezdnych faktycznie trzeba będzie miliarda lat, a być może okaże się, że załogowe misje międzygwiezdne są po prostu niemożliwe. Na razie jest to kwestia otwarta.

Wracając jednak do opisywanego układu planetarnego, którego centrum stanowi gwiazda podobna do Słońca. Tym układem jest Rho Coronae Borealis. Gwiazda pod względem masy, promienia i jasności bardzo przypomina naszą towarzyszkę znajdującą się 150 milionów kilometrów od Ziemi. Różnica między tymi gwiazdami jest inna: o ile Słońce ma 5 miliardów lat i 5 miliardów spalania wodoru jeszcze przed sobą, o tyle Rho Coronae Borealis jest dwa razy starsza i powoli zbliża się do punktu, w którym ze starości zacznie puchnąć przechodząc w stadium czerwonego olbrzyma.

W najnowszym artykule opublikowanym na serwerze preprintów arXiv Stephen R. Kane z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside zastanawia się nad tym, co się stanie z czterema egzoplanetami znajdującymi się w ekosferze gwiazdy, która właśnie staje się czerwonym olbrzymem.Nowy artykuł opublikowany na serwerze przeddruku arXiv i zaakceptowany do publikacji w The Astrophysical Journal przedstawia te wyniki i zadaje kilka pytań na temat tego, co dzieje się z egzoplanetami w ekosferze gwiazdy, gdy gwiazda staje się czerwonym olbrzymem.

Korzystając z dostępnych modeli ewolucji gwiazd, badacz postanowił stworzyć prognozę dla gwiazdy i jej planet. Za 1-1,5 miliarda lat gwiazda opuści ciąg głównym (na którym obecnie znajduje się Słońce) i zacznie znacząco zwiększać swoje rozmiary. Aby uzmysłowić sobie jak bardzo powiększają się gwiazdy na tym etapie wystarczy wskazać, że gwiazdy tego typu mają na ciągu głównym średnicę 1-2 mln km, a w fazie czerwonego olbrzyma mogą osiągnąć średnicę rzędu miliarda kilometrów. Tu wzmianka – tak właśnie będzie z naszym Słońcem, które przechodząc na ten etap ewolucji prawdopodobnie zniszczy wszystkie swoje planety skaliste. Ale w sumie co nas to interesuje, skoro dojdzie do tego dopiero za 5-7 miliardów lat. Ważne, że nie za naszego życia, a po nas choćby potop… tak przynajmniej myśli wielu moich czytelników, którzy piszą w komentarzach „za miliardy lat, no już się boję”.

Ale to nie o Słońcu miało być. Rho Coronae Borealis posiada cztery planety o czarujących nazwach: b, c, d oraz – zgadliście – d. Trzy z nich: e, b oraz c znajdują się najbliżej gwiazdy, więc to one będą miały przechlapane.

Planety te różnią się od siebie masą. Najmniejsza z nich ma masę superziemi, największa Jowisza. Co jednak ważne, wszystkie znajdują się znacznie bliżej swojej gwiazdy niż Ziemia do Słońca, a dwie najbardziej wewnętrzne planety znajdują się w odległości mniejszej od odległości Słońce-Merkury. No i w tym cały problem. Nawet Ziemia będzie miała przegwizdane, gdy Słońce zacznie się powiększać, a tutaj wszystkie planety są tak ciasno upakowane, że wszystkie mogą przepaść.

To znaczy, być może jedna z nich przetrwa. Z badań bowiem wynika, że e, b i c znajdują się w najgorszym położeniu. Rho CrB może całkowicie pochłonąć te trzy planety.

Pochłonięcie planet przez rozszerzającą się gwiazdę może mieć różne skutki w zależności od ogólnej architektury układu. Planety mogą potrzebować dziesięcioleci, aby spiralnie zbliżyć się do gwiazdy. Po drodze mogą zostać zniszczone przez odparowanie. Mogą również zostać zniszczone przez zakłócenia pływowe, gdy osiągną granicę Roche’a. W takim przypadku zwiększają masę gwiazdy, powodując jej jeszcze większe puchnięcie.

Według niektórych badań, w przypadku planet o masach mniejszych od Jowisza i znajdujących się od 3 do 5 jednostek astronomicznych od gwiazdy ich los jest przesądzony. Nie ma ucieczki. Ale dla innych, pomimo tragicznych okoliczności, może istnieć jeszcze jakieś wyjście.

Czasami, jak pokazują modele naukowe, planety zaczynają oddziaływać ze sobą grawitacyjnie na różne sposoby, gdy gwiazda puchnie. W miarę rozszerzania się gwiazdy traci ona także masę. Powoduje to efekty pływowe w układzie, a w niektórych przypadkach może wprowadzić planety w rezonans oraz oddalić je od gwiazdy. Jest więc potencjalna droga ucieczki. Trudno jednak z tak dużym wyprzedzeniem określić, co dokładnie może się wydarzyć.

Dla niektórych planet istnieje możliwa droga ucieczki, ale te same interakcje pływowe, które mogą uratować planetę, mogą również działać przeciwko niej. Interakcje mogą również skierować planetę do wewnątrz, w kierunku gwiazdy, przez co ulegnie ona jeszcze szybszemu zniszczeniu. Naukowcy aktywnie próbują zrozumieć cały ten proces, obserwując gwiazdy opuszczające ciąg główny.

Aby zrozumieć, co może się wydarzyć w układzie Rho CrB, Kane spróbował określić przyszłą masę, jasność i promień gwiazdy. Naukowiec nakreślił także zmiany, jakie będą udziałem gwiazdy, oraz zmiany położenia wszystkich czterech egzoplanet.

Czy takie prognozy mogą coś nam powiedzieć o przyszłości układu?

„Chociaż wszystkie planety wejdą w atmosferę gwiazdową Rho CrB, ich indywidualne prognozy znacznie się różnią” – wyjaśnia Kane.

Planeta e, najbardziej wewnętrzna planeta, prawdopodobnie jest planetą ziemską. Ta ulegnie zniszczeniu jako pierwsza i prawdopodobnie całkowicie wyparuje w atmosferze gwiazdy..

Planeta b jest najmasywniejsza ze wszystkich czterech i ma prawie 350 mas Ziemi. Jest masywniejsza od Jowisza, a gdy wejdzie w rozszerzającą się atmosferę gwiazdy, opór spowoduje, że zacznie poruszać się po spirali stopniowo hamując i zbliżać się do gwiazdy.

Los planety b może wpłynąć na los planety c. Jeśli materia planety b spowoduje, że gwiazda wystarczająco spęcznieje, może to przyspieszyć zniszczenie planety c w wyniku jej pochłonięcia. Rozrastanie się gwiazdy może przyspieszyć także zniszczenie planety d przez pochłonięcie.

Obie planety c i d mają masy mniej więcej Neptuna i prawdopodobnie stracą swoją masę w wyniku parowania krążąc po spirali w kierunku gwiazdy.

Niestety w modelowaniu nie uwzględniono dynamiki orbitalnej. Jest jednak możliwe, że jedna planeta uchroni się przed całym tym chaosem. Planeta d to jedyny świat z szansą na ucieczkę. „Nasz model nie uwzględnił ponadto wpływu dynamiki orbity, która może spowodować, że planeta d będzie migrować dalej na zewnątrz i prawdopodobnie ucieknie przed gwiazdą” – pisze Kane. Jeśli tak się stanie, ma szansę przetrwać znacznie dłużej, być może w nowo powstałej ekosferze.

Jest to możliwe, ale w tym przypadku mało prawdopodobne. „Ponieważ wewnętrzne planety Rho CrB zostaną pochłonięte przed fazą AGB następującą po fazie czerwonego olbrzyma, jest mało prawdopodobne, aby dynamika orbity odegrała główną rolę w układzie podczas i po utracie masy przez gwiazdę.

Nie ma sposobu, aby dowiedzieć się co na pewno stanie się w tym układzie. Ale astrofizycy są zajęci obserwowaniem innych układów planetarnych w poszukiwaniu wskazówek. Jak dotąd nie ma zbyt wielu zauważalnych dowodów na pochłonięcie, ale to nie znaczy, że tak się nie dzieje.

„Jak dotąd dowody obserwacyjne na sygnatury pochłonięć planet pozostają stosunkowo skąpe, co sugeruje, że albo scenariusze pochłonięć są rzadsze, niż oczekiwano, albo też wykrycie sygnatur jest trudniejsze, niż przewidywano” – stwierdza autor artykułu.

Możliwe, że w ekosferze gwiazdy znajdują się inne planety, które wciąż nie zostały odkryte. Jeśli tak, mogą przetrwać gwiezdną ewolucję po wewnętrznej stronie wewnętrznej krawędzi ekosfery podczas fazy RGB/AGB. Problem w tym, że wtedy gwiazda będzie już tylko białym karłem, a planety – jeżeli przetrwają – znajdą się bardzo daleko za nową ekosferą białego karła, która będzie umiejscowiona znacznie bliżej.



Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Puls Kosmosu od 2015 roku informuje o aktualnościach ze świata astronomii, kosmologii i eksploracji przestrzeni kosmicznej. Krótko, rzeczowo i bez sensacji.

Autor: Radek Kosarzycki

ARCHIWUM

KONTAKT

pulskosmosu[at]gmail.com