• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • I en lång framtid, stjärnflyg kommer att helt demontera solsystemet

    Konstnärens intryck av strukturen hos en solliknande stjärna och en röd jätte, Ej skalenlig. Kredit:ESO

    Konsumtion och sönderfall.

    Nästa gång du vill vara festens liv – om du umgås med coola nördar alltså – släpp bara den frasen i konversationen. Och när de tittar frågande på dig, säg bara att det är solsystemets slutliga öde.

    Justera sedan din cravat och ta en ny klunk av din absint.

    Till strömmen av upphetsade uppföljningsfrågor som kommer att följa din förklaring, du kan ytterligare förklara att solen själv och Vintergatan kommer att vara boven. Och så kan man nämna en ny studie.

    Studien har titeln "Den stora ojämlikheten och det yttre solsystemets dynamiska upplösning." Huvudförfattare är Jon Zink, en doktorand vid UCLA:s avdelning för astronomi och astrofysik. Tidningen publiceras i Astronomisk tidskrift .

    Människor har länge undrat över solsystemets slutliga öde. I inledningen av deras tidning, författarna skriver, "Att förstå solsystemets långsiktiga dynamiska stabilitet utgör en av astrofysikens äldsta sysselsättningar, spåra tillbaka till Newton själv, som spekulerade i att ömsesidig interaktion mellan planeter så småningom skulle göra systemet instabilt." Men han kunde inte förklara sig själv eftersom störningsteorin inte existerade ännu.

    När solen utvecklas, det kommer att bli en röd jättestjärna, växer i storlek tills den har uppslukat de inre planeterna. Kredit:Roen Kelly

    Newton hade åtminstone delvis rätt. Men att bestämma framtiden för ett komplicerat system som vårt solsystem är inte en lätt uppgift, speciellt eftersom det innebär en viss vetenskaplig prognostisering av händelser som tar miljarder år att utvecklas.

    I denna nya studie, författarna genomförde en mängd vad som kallas N-kroppssimuleringar. De är ett vanligt verktyg inom astronomi och astrofysik. N-kroppssimuleringar är simuleringar av dynamiska system av interagerande partiklar, även om i detta fall, partiklarna är planeterna och själva solen.

    På flera miljarder år, solen – solsystemets nyckeln – kommer att förändras dramatiskt. Vätefusion i dess kärna kommer att avvecklas, och solen kommer att lämna huvudsekvensen. Det kommer att expandera till en röd jätte, omsluter Merkurius, Venus och förmodligen jorden. (Mars överlevnad är osäker, men eftersom dess massa är så låg, om den överlever eller inte kommer inte att påverka de stora yttre planeterna mycket."

    Du kanske frågar, "När jorden väl är borta, vem bryr sig om vad som händer härnäst? Varför bry sig om dessa simuleringar?" Tja, kanske mänskligheten har migrerat längre ut i solsystemet då. Men oavsett om vi har eller inte, vi drivs fortfarande att veta solsystemets öde.

    Så, när solen expanderar till en röd jätte, det kommer också att börja tappa massa. Faktiskt, den kommer troligen att förlora ungefär hälften av sin massa under de närmaste 7 miljarder åren eller så. Förlusten av massa, som förankrar banorna för solsystemets planeter och andra kroppar, kommer att vara extremt störande.

    Denna plot visar när varje yttre planet kastas ut från solsystemet i författarnas 10 simuleringar (representerade av olika färger). Kredit:Zink et al. 2020

    Solens expansion kommer att innebära game over för de inre steniga planeterna, mest troligt. Men för alla människor eller deras avlägsna, oigenkännliga ättlingar som klamrar sig fast vid livet i Europas hav eller någon annanstans, det kommer att vara över, för.

    Utan solens massa för att förankra dem gravitationsmässigt, solsystemets yttre planeter kommer att lossna. Som en aristokrat på en femdagars absinthetta, deras orbitala beteende kommer att bli oförutsägbart, oregelbunden. De kommer att glida längre bort, ut i rymden.

    Än så länge, detta är ingen ny kunskap. "På grund av solmassaförlust - som förväntas ta bort ungefär hälften av stjärnans massa -, de gigantiska planeternas banor expanderar, " skriver författarna. Men Zink och hans kollegor ville ta reda på vad som händer efter detta. Enligt deras arbete, det kommer att bli ytterligare en period av relativ stabilitet för några av planeterna.

    "Denna adiabatiska process upprätthåller omloppsperiodförhållandena, men de ömsesidiga interaktionerna mellan planeter och bredden på medelrörelseresonanser (MMR) ökar, leder till infångandet av Jupiter och Saturnus till en stabil 5:2 resonanskonfiguration."

    Men dessa utökade banor, tillsammans med andra egenskaper, göra situationen ohållbar. Den nya konfigurationen, som saknar förankringseffekten av solens massa, är mottaglig för "... störningar från stjärnförbiflygningar, " skriver författarna. Vid det här laget i sina simuleringar, vår oigenkännliga sol är nu en vit dvärg.

    Den här senaste bilden av Jupiter, tagen av NASA/ESA rymdteleskop Hubble den 25 augusti 2020, fångades när planeten var 653 miljoner kilometer från jorden. Om denna nya studie är korrekt, Jupiter kan vara den sista planeten i solsystemet. Kredit:NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), och M. H. Wong (University of California, Berkeley) och OPAL-teamet.

    "Följaktligen, inom cirka 30 Gyr, stjärnmöten stör planeterna till den kaotiska underdomänen av 5:2-resonansen, utlöser en storskalig instabilitet, som kulminerar i utstötningar av alla utom en planet över de efterföljande ~10 Gyr."

    Vad är den enda planeten som kommer att motstå utvisning? Troligtvis Jupiter, vårt solsystems mest massiva planet. Utan några följeslagare kvar, Jupiter kommer att stanna kvar i ytterligare 50 Gyr, enligt studien. Den kommer bara att tas bort när en fantastisk förbiflygning äntligen packar den.

    "Med en frånvaro av ytterligare planeter, den överlevande planeten saknar en direkt mekanism för att uppnå positiv energi. Den enda återstående källan till energiutbyte är genom interaktioner med passerande stjärnor, " skriver författarna i sin tidning. Och de beräknar att en stjärna kommer att passera ungefär var 20:e miljon år.

    Som den sista planeten som står, Jupiters orbitala excentricitet kommer att öka. "Som ett resultat, den förväntade tidsskalan för utstötningen av gasjätten efter instabilitet minskas med ungefär en faktor två (jämfört med planetbanan innan instabiliteten började). Så den ensamma gamla Jupiter kommer att vara mer mottaglig för utstötning av alla passerande stjärnor.

    Om du föreställer dig en förbiflygning under de rätta omständigheterna för att kasta ut Jupiter, det är nog inte helt rätt. Det är mer som "döden med tusen snitt".

    Denna siffra från studien visar den långsamma ökningen av excentricitet och semi-storaxel orsakad av upprepade stjärnflyg över tiden, med en sista förbiflygning som kastar ut den sista planeten från solsystemet. Kredit:Zink et al, 2020

    "Eftersom möten med förbiflygning är sällsynta (att gå in i 10, 000 au sphere en gång var 23 myr), och de flesta interaktioner kommer att ha små dynamiska effekter på den återstående planeten, utstötningsprocessen kan i princip ske stadigt..." skriver Zink och hans medförfattare.

    Eller kanske inte. "Å andra sidan, får tillräckligt med tid, det är också möjligt att ett extremt nära möte självständigt kommer att befria den sista planeten. Den underliggande mekanismen för att avlägsna den slutliga planeten representerar således en konkurrens mellan dessa två processer."

    Detta är inte lätt att simulera, speciellt eftersom det kommer att hända om miljarder år från nu. Lämpligt, författarna ställer en fråga:"Med andra ord, kommer den sista planeten att kastas ut av en enda större händelse eller många små energiutbyten?"

    Författarna ger ett par varningar, fastän. En gäller antalet simuleringar som de körde:10. De erkänner att deras studie inte utgör solida statistiska bevis, men det faktum att varje simulering gav liknande resultat är fortfarande signifikant. "I alla 10 av våra simuleringar, de fyra gasjättarna kastas ut från solsystemet inom 1, 012 år, efter slutet på solmassaförlusten, " de skriver.

    En annan varning involverar stjärnorna som flyger förbi. De modellerade förbiflygningar av enskilda stjärnor, men ungefär hälften av alla stjärnor existerar i binära par. Teamet uteslöt dessa möten från sina simuleringar, ungefär. Men de stod fortfarande för dem, erkänner att binära förbiflygningar sannolikt skulle vara mer störande än ensamma förbiflygningar. "Genom att välja att utesluta dessa binära möten, vi gör en försiktig uppskattning av det framtida solsystemets livslängd. Med andra ord, effekten av att inkludera binära förbiflygningar skulle ytterligare minska denna förväntade livslängd."

    Allra i början av deras tidning, författarna föreslår försiktighet kring sina egna resultat. "Tyvärr, " de skriver, "även de mest exakta N-kroppssimuleringarna kan bara producera tidsbegränsad prognos för solsystemets utveckling. På grund av planetbanornas kaotiska natur, deterministiska prognoser är omöjliga över tillräckligt långa tidsskalor."

    Självklart, själva Vintergatan kommer att förändras mycket under dessa extremt långa tidsskalor. Hur kommer det att påverka solsystemets framtid?

    Som solsystemet, eller vad som är kvar av det, migrerar genom galaxen, utsikterna kan ändras. "Under de tidsskalor som betraktas i denna studie, solsystemet kan genomgå radiell migration genom galaxen, möter regioner med olika stjärndensitet och hastighetsspridning." Men det är nästan omöjligt att modellera.

    Kommer det att migrera utåt eller inåt? Ingen är säker, och ingen är säker på om det betyder att det kvarlevande systemet kommer att möta färre stjärnor eller fler stjärnor. Men mötesfrekvensen kan variera med tre gånger.

    Vintergatan förväntas också kollidera eller smälta samman med Andromedagalaxen om flera miljarder år. Men igen, det är inte lätt att modellera på granulär nivå för individuella solsystem. "Dessa förändringar kommer att påverka hastigheten och hastigheten för stjärnmöten, men att exakt uppskatta dessa förändringar är fortfarande svårt och ligger utanför ramen för detta nuvarande arbete."

    En konstnärs illustration av Andromedagalaxen och Vintergatan, de två största galaxerna i den lokala gruppen, är på kollisionskurs. Kredit:NASA

    Hur som helst, det finns ingen anledning att avsluta din flaska absint samtidigt som du håller ett nervöst öga på himlen. Det är osannolikt att mänskligheten kommer att vara med och bevittna något av detta. Om det är sant att 99,9% av alla arter som någonsin har funnits har dött ut, vi har inga bra odds.

    Men frågan kring solsystemets öde är fortfarande fascinerande. Så småningom, de tidigare planetariska följeslagarna kommer att skingras och driva genom rymden som oseriösa planeter. Om någon annan art av smarta byxor någonsin ser dem, de kommer inte att ha någon aning om deras ursprung och inget sätt att veta att en viss art av hominider på en viss planet undrade över deras slutliga öde.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com