I detta schema över planetarisk uppslukning visar bilden till vänster en planet inuti en gigantisk stjärna, med dess omloppsbana som en streckad linje. Bilden till höger visar densitet och hastighet i en simulering av flödet nära planeten. Kredit:Ricardo Yarza et al.
När vår sol förbrukar vätebränslet i sin kärna om cirka 5 miljarder år från nu, kommer den att expandera till en röd jätte som uppslukar de inre planeterna. Dynamiken och möjliga resultat av planetarisk uppslukning är dåligt förstådda, men det anses vara ett relativt vanligt öde för planetsystem.
En ny studie som använder hydrodynamiska simuleringar avslöjar krafterna som verkar på en planet när den sväljs av en expanderande stjärna. Resultaten visar att växelverkan mellan en substellär kropp (en planet eller brun dvärg) med den heta gasen i det yttre höljet av en solliknande stjärna kan leda till en rad olika utfall beroende på storleken på det uppslukade föremålet och stadiet av stjärnans utveckling.
Huvudförfattaren Ricardo Yarza vid University of California, Santa Cruz, kommer att presentera de nya rönen den 13 juni 2022, vid det 240:e mötet för American Astronomical Society (AAS) i Pasadena.
"Utvecklade stjärnor kan vara hundratals eller till och med tusentals gånger större än deras planeter, och denna skillnad i skalor gör det svårt att utföra simuleringar som exakt modellerar de fysiska processer som sker på varje skala", säger Yarza, doktorand i astronomi och astrofysik vid UCSC. "Istället simulerar vi en liten del av stjärnan centrerad på planeten för att förstå flödet runt planeten och mäta dragkrafterna som verkar på den."
Resultaten kan hjälpa till att förklara de senaste observationerna av planeter och bruna dvärgar som kretsar nära stjärnrester som vita dvärgar och subdvärgar. Tidigare studier har föreslagit att dessa system kan vara slutresultatet av en planetarisk uppslukningsprocess som involverar krympning av den uppslukade kroppens omloppsbana och utstötning av stjärnans yttre lager.
"När planeten färdas inuti stjärnan överför dragkrafter energi från planeten till stjärnan, och stjärnhöljet kan bli obundet om den överförda energin överstiger dess bindningsenergi," förklarade Yarza.
Enligt beräkningarna av Yarza och hans kollegor kan inga substellära kroppar som är mindre än cirka 100 gånger Jupiters massa skjuta ut höljet av en solliknande stjärna innan den har expanderat till cirka 10 gånger solens radie. Vid senare stadier av stjärnutveckling och expansion kunde emellertid stjärnhöljet kastas ut av ett objekt så litet som tio gånger Jupiters massa, vilket skulle krympa sin omloppsbana med flera storleksordningar i processen.
Studien fann också att planetarisk uppslukning kan öka ljusstyrkan hos en solliknande stjärna med flera storleksordningar i upp till flera tusen år, beroende på massan på det uppslukade föremålet och stjärnans evolutionära skede.
Ramverket som tillhandahålls av denna studie kan införlivas i framtida arbete för att utforska effekten av uppslukning på stjärnans struktur. "Vårt arbete kan informera simuleringar av planetarisk uppslukning i stjärnans skala genom att tillhandahålla en korrekt referensbild av fysiken i planetens skala," sa Yarza.
En stor variation av planetsystem har nu beskrivits av exoplanetsökprogram. När dessa system utvecklas kommer en betydande del sannolikt att genomgå planetarisk uppslukning. "Vi tror att det är relativt vanligt," sa Yarza.
En artikel om de nya rönen har skickats in för publicering i Astrophysical Journal . Uppsatsens seniorförfattare är Enrico Ramirez-Ruiz, professor i astronomi och astrofysik, och Dongwook Lee, docent i tillämpad matematik, båda vid UC Santa Cruz.
Ramirez-Ruiz sa att han var imponerad av Yarzas arbete med detta projekt. "Det finns många ingredienser för framgång på de högsta nivåerna av astrofysikforskning, inklusive kreativitet, smak i valet av nyckelfrågor, styrka och kunskapsbredd, förmåga att kommunicera vetenskapliga resultat, tekniskt behärskning och oberoende. Ricardo utmärker sig genom att hans vektorn är stor i alla dessa grundläggande dimensioner," sa han. + Utforska vidare
