когда нибудь солнце станет белым карликом каким будет его радиус
Ученые: когда Солнце станет белым карликом — Землю ждет незавидная участь
Группа астрономов из британского университета Уорвика (University of Warwick) использовала данные телескопа Хаббл о расположенных в радиусе 100 световых лет от нас белых карликах и прилегающем к ним пространстве. После тщательного отбора из 80 обнаруженных звезд исследователи выделили четыре, поведение которых, скорее всего, привело к разрушению некогда существовавших планет земного типа. По мнению ученых, подобная участь может постичь и Землю. На это обстоятельство указывает химический состав пылевых поясов, окружающих каждый из четырех белых карликов: PG0843+516, PG1015+161, SDSS 1228+1040 и GALEX1931+0117.
Результаты показали, что в составе этой пыли доминируют кислород, магний, железо и кремний — 4 элемента, из которых на 93% состоит Земля. Кроме того, оказалось, что в этих кольцах очень мала доля углерода, что также соответствует химическим параметрам Земли и планет земной группы. Это означает, что каждая из этих звезд в прошлом была обладателем как минимум одной землеподобной планеты. Кроме того, ученые застали одну из звезд — PG0843+516 — в процессе поглощения остатков такой планеты.
Атмосфера белого карлика состоит из водорода и гелия, все более тяжелые элементы почти мгновенно погружаются к его ядру. В атмосфере PG0843+516 ученые обнаружили железо, никель и серу: эти элементы входят в состав ядер планет земной группы, а значит, там происходит процесс падения остатков планеты в недра звезды, по расчетам ученых ежесекундно звезда съедает до 1 тыс. тонн планетного вещества.
На определенном этапе своей жизни Солнце превратится в красного гиганта, поглотив Меркурий и Венеру и превратив в раскаленную пустыню Землю. Затем, когда внешние оболочки будут сброшены, от нашего светила останется белый карлик, гравитационного влияния которого не будет хватать для поддержания оставшихся планет на текущих орбитах. Планеты начнут сталкиваться, что приведет к образованию несметного числа астероидов, сходных по составу с планетными ядрами. Те астероиды, которые столкнутся с Юпитером и Сатурном, будут направлены гравитацией газовых гигантов в сторону белого карлика, в недрах которого и прекратится их существование.
Учёные рассказали, как и когда погибнет Солнечная система
Солнечная система неизбежно погибнет, заявляют учёные.
Иллюстрация NASA.
Через несколько миллиардов лет Солнце превратится в белый карлик, окружённый туманностью из выброшенного вещества.
Иллюстрация NASA/JPL-Caltech.
Астрономы рассчитали, когда разрушится Солнечная система. Оказалось, что до этого печального события ещё 30 миллиардов лет. (Впрочем, наша планета погибнет гораздо раньше.)
Сценарий грядущей катастрофы изложен в научной статье, опубликованной в издании Astronomical Journal.
Когда Солнца не станет
Солнечной системе около 4,5 миллиарда лет отроду (к слову, жизнь на Земле ненамного младше). Однако ничто не вечно не только под Луной, но и вообще во Вселенной.
Солнце постепенно увеличивает яркость, и уже через 1,1 миллиарда лет наша планета станет слишком жаркой для жизни. А примерно в пятимиллиардном году нашей эры светило превратится в красный гигант. Оно сильно раздуется, буквально проглотив Меркурий, Венеру и Землю.
В качестве красного гиганта Солнце просуществует ещё около миллиарда лет. Всё это время внешние слои звезды будут постепенно улетучиваться в космос. Таким образом она потеряет примерно половину нынешней массы.
К этому времени термоядерное топливо полностью закончится, и Солнце станет белым карликом. В нём уже не будет происходить никаких термоядерных реакций, так что светило будет постепенно остывать.
Через десять миллиардов лет после превращения нашей звезды в белый карлик она остынет настолько, что перестанет излучать свет (хотя ещё долго будет испускать инфракрасное излучение). Таково будущее Солнца.
Время покидать гнездо
Но что же станет с планетами? Ответ на этот вопрос и искали авторы нового исследования.
Они сосредоточились на будущем гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Меркурий, Венера и Земля, напомним, погибнут ещё на стадии превращения Солнца в красный гигант. Марс выживет, но авторы пренебрегли им. Дело в том, что гравитация Красной планеты, которая вдесятеро легче Земли, не окажет никакого влияния на судьбу соседей по Солнечной системе.
Итак, что же произойдёт с планетами-гигантами? После того как Солнце потеряет половину массы, их орбиты станут более широкими. При этом Юпитер и Сатурн попадут в так называемый резонанс 5:2. То есть Юпитер будет совершать пять оборотов вокруг остывающей звезды, пока Сатурн делает два. Из-за этого две планеты будут регулярно проходить на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга и сильно влиять друг на друга своей гравитацией.
Такая конфигурация уязвима перед тяготением пролетающих мимо Солнечной системы звёзд. Под влиянием таких рандеву новые орбиты через некоторое время потеряют устойчивость. Впрочем, «некоторое время» займёт около 30 миллиардов лет (это примерно два текущих возраста Вселенной).
Из-за наступившей нестабильности в последующие 10 миллиардов лет Солнечную систему покинут все планеты-гиганты, кроме одной (какая именно выживет – дело случая). Они превратятся в миры-изгои, летящие сквозь Галактику.
Осиротевший гигант будет обращаться вокруг несветящегося Солнца ещё примерно 50 миллиардов лет. После этого к остаткам Солнечной системы необычно близко подойдёт соседняя звезда, отправив в путешествие без возврата и последнюю планету из «большой четвёрки».
Если к тому времени что-нибудь случится и с Марсом, то на этом существование Солнечной системы можно будет считать окончательно завершённым.
Разумеется, человечество вряд ли застанет все эти печальные события. Ведь типичный срок существования биологического вида составляет от одного до десяти миллионов лет. За это время вид либо вымирает, либо настолько эволюционирует, что его приходится считать уже другим видом.
Если же через миллиарды лет в Солнечной системе всё ещё будет существовать некий разум, то вряд ли мы сейчас можем представить себе его могущество. Возможно, угасание светила и разлёт планет не станет для него такой уж неразрешимой проблемой.
Белый карлик и судьба Солнечной системы
При помощи Очень Большого Телескопа Европейской южной обсерватории ESO астрономы впервые доказали наличие гигантской планеты у белого карлика. Планета обращается вокруг горячего белого карлика на близком расстоянии, отчего она теряет атмосферу, которая образует вокруг звезды газовый диск. Эта уникальная система, возможно, дает представление о том, как в далеком будущем может выглядеть и наша Солнечная система. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, кратко о них сообщает пресс-релиз ESO.
«Это один из тех счастливых случаев, когда открытие делается в результате везения», — говорит руководитель исследования Борис Гёнзике (Boris Gänsicke) из Уорвикского университета. Его группа обследовала около 7000 белых карликов из Слоуновского цифрового обозрения неба (Sloan Digital Sky Survey). Один из них оказался не похожим на другие. Проанализировав очень слабые изменения светового потока от звезды, астрономы нашли в ее спектре следы химических элементов в таких количествах, в каких они никогда ранее у белых карликов не наблюдались.
Чтобы лучше изучить свойства необычной звезды, обозначающейся WDJ0914+1914, группа наблюдала ее с приемником X-shooter на Очень Большом Телескопе ESO в чилийской пустыне Атакама. Эти наблюдения подтвердили присутствие в спектре белого карлика водорода, кислорода и серы. Исследовав тонкие детали спектра, полученного с приемником ESO «X-shooter», группа обнаружила, что эти элементы находятся в газовом диске, аккрецирующем на белый карлик, а не составляют часть самой звезды. «Нам понадобилось несколько недель очень напряженной работы, чтобы понять, что единственный способ, которым может образоваться такой диск, — это испарение гигантской планеты», — говорит Маттиас Шрайбер (Matthias Schreiber) из университета Вальпараисо.
Зарегистрированные количества водорода, кислорода и серы очень напоминают те, которые обнаруживаются в глубоких слоях атмосферы гигантских ледяных планет, таких как Нептун и Уран. Если бы такая планета обращалась на близком расстоянии от горячего белого карлика, его мощное ультрафиолетовое излучение должно было бы сорвать ее внешнюю атмосферу, и тогда часть этого сорванного газа образовала бы вращающийся диск, аккрецирующий на поверхность белого карлика. Как думают исследователи, именно это они и наблюдают в случае WDJ0914+1914: первую испаряющуюся планету на орбите вокруг белого карлика.
Соединяя данные наблюдений с теоретическими моделями, группа астрономов из Великобритании, Чили и Германии смогла создать более ясную картину процессов, происходящих в этой уникальной системе. Белый карлик имеет малые размеры и очень высокую температуру поверхности: 28 000 градусов Цельсия, что впятеро горячее Солнца. Планета же, напротив, ледяная и большая — как минимум вдвое больше своей звезды. Так как она обращается вокруг горячего белого карлика на близком расстоянии, с периодом обращения всего 10 дней, высокоэнергетическое излучение звезды постепенно сдувает с планеты ее атмосферу. Большая часть газа улетает в пространство, но некоторая часть его стягивается в диск, закручивающийся и вихрем втягивающийся в звезду: каждую секунду на поверхность звезды выпадает 3000 тонн газа. Именно этот диск делает видимой нептуноподобную планету, которая иначе осталась бы скрытой от глаз наблюдателей.
«Это открытие, кроме всего прочего, открывает новую возможность взглянуть на то, как заканчивается судьба планетных систем», — добавляет Гёнзике. Такие звезды, как наше Солнце, в течение большей части своей жизни сжигают в своих недрах водород, из которого они состоят. Когда это горючее заканчивается, звезды раздуваются и превращаются в красные гиганты — их размеры при этом увеличиваются в сотни раз и относительно близкие к ним планеты поглощаются их оболочками. В случае Солнечной системы такая судьба постигнет Меркурий, Венеру и даже Землю — все они примерно через 5 миллиардов лет будут поглощены превратившимся в красного гиганта Солнцем. В конечном итоге солнцеподобные звезды сбрасывают в пространство внешние слои своих атмосфер, и на их месте остаются только их выгоревшие ядра — это и есть белые карлики. У такого остатка звезды всё еще могут существовать планеты. По-видимому, в нашей Галактике существует много таких звездных систем. Но до сих пор ученым еще никогда не удавалось получить свидетельство существования гигантской планеты, пережившей стадию красного гиганта и обращающейся вокруг белого карлика. Экзопланета, обнаруженная у WDJ0914+1914 — звезды, расположенной на расстоянии около 1500 световых лет от нас в созвездии Рака, может быть первой из многих планет такого типа.
Согласно данным исследования, найденная при помощи приемника ESO «X-shooter» экзопланета обращается вокруг белого карлика на расстоянии всего в 10 миллионов километров, то есть 15 солнечных радиусов. При таком радиусе орбиты на стадии красного гиганта она оказалась бы глубоко внутри него. Необычное положение планеты означает, что в некоторый момент после того, как ее материнская звезда превратилась в белый карлик, планета приблизилась к звезде. Астрономы считают, что новая орбита могла быть результатом гравитационных взаимодействий с другими планетами системы, а это значит, что стадию красного гиганта могли пережить и другие планеты этой звезды.
«До недавнего времени очень мало кто из астрономов задумывался о судьбе планет, обращающихся вокруг гибнущих звезд. Открытие планеты, обращающейся на близком расстоянии от выгоревшего звездного ядра, убедительно демонстрирует, как Вселенная снова и снова бросает нам вызов и заставляет выходить за рамки устоявшихся взглядов и идей», — заключает Гёнзике.
Это конец, к которому Солнечная система придет более чем через 100 миллиардов лет
Все мы более или менее знаем, какова будет ближайшая судьба Солнца и ближайших к нему планет, но что произойдет с более далекими планетами и как долго Солнечная система будет существовать?
Чтобы ответить на этот вопрос, некоторые исследователи провели комплексное моделирование и пришли к выводу, что наша Солнечная система будет жить еще сто миллиардов лет до исчезновения всех планет.
Солнце станет красным гигантом и поглотит внутренние планеты
Теория о будущей жизни Солнца вполне принята, как и теории о конце самых внутренних планет, в отличие от теорий о внешних планетах. Примерно через 5 миллиардов лет Солнце настолько разбухнет, что станет красным гигантом, а ее границы настолько расширятся, что она буквально поглотит Меркурий, Венеру и, скорее всего, Землю.
Во время этой фазы она выбросит почти половину своей массы, которая будет выброшена в космос с помощью звездных ветров. В центре Солнечной системы останется белый карлик, масса которого составит около 54% от текущей массы Солнца.
Что будет с крайними планетами?
Но что произойдет с самыми удаленными планетами, начиная с Марса и прежде всего с газовыми гигантами? Будет ли Солнечная система, хотя и уничтоженная внутренними планетами, продолжать существовать с белым карликом в центре еще долгое время?
Именно по этому вопросу в журнале Astronomical Journal появилось исследование, основанное на различных симуляциях, касающихся будущего Солнечной системы.
Уже в конце 90-х годов некоторые астрономы, сделали прогноз на этот счет: Солнечная система будет существовать не менее 1 миллиарда миллиардов лет, то есть один квинтиллион лет. На этот раз необходимо, чтобы орбитальные резонансы Юпитера и Сатурна разъединили Уран.
Возмущения других звезд решат будущее Солнечной системы
Однако этот тезис не относится к тому факту, что вокруг Солнца есть еще много других звезд, которые, несмотря на расстояние, иногда приближаются настолько близко, что нарушают орбиты планет Солнечной системы (примерно раз в 23 миллиона лет).
Учитывая, что будущая солнечная система сможет рассчитывать на звезду в центре, которая потеряет почти половину своей массы, возмущения, вызванные другими звездами, определенно станут более значимыми, согласно исследователям этого нового исследования.
Орбиты планет будут дестабилизированы
При наличии достаточного количества времени тесные переходы других звезд будут иметь тенденцию дестабилизировать орбиты оставшихся в Солнечной системе планет. И именно на основе этих базовых предположений исследователи провели собственные симуляции с помощью мощного суперкомпьютера.
Они обнаружили, что каждый раз, когда они происходили, они были почти похожи: после того, как Солнце превратилось в белый карлик, внешние планеты, несмотря на относительно большую орбиту, оставались более или менее стабильными.
Планеты Юпитер и Сатурн, однако, приняли довольно устойчивый резонанс 5:2. На практике, каждые пять оборотов Юпитера вокруг Солнца, Сатурн будет вращаться дважды. Это орбиты, которые сделают систему более восприимчивой к вышеупомянутым возмущениям, вызванным звездами, близкими к Солнцу.
Все планеты уйдут от Солнца и будут блуждать по Млечному Пути
Примерно через тридцать миллиардов лет после того, как Солнце превратится в белый карлик, возмущения других звезд вызовут в солнечной системе такой хаос планетных орбит, что все планеты, кроме одной, буквально вырвутся из-под гравитационного притяжения Солнца и все они станут «планетами-изгоями», то есть планетами, блуждающими в межзвездном пространстве.
Только одна планета (исследователи не подсчитали, какая именно) останется в Солнечной системе еще на 50 миллиардов лет, но в конечном счете, примерно через 100 миллиардов лет после того, как Солнце станет белым карликом, оно тоже ускользнет от гравитационного притяжения нашей звезды и затеряется в космосе.
Останется только белый карлик без планет
В этот момент солнечная система фактически перестанет существовать, если вы не рассмотрите какую-нибудь блуждающую скалу достаточно близко, чтобы она продолжала вращаться вокруг белого карлика, возможно, до конца своего времени. Считается, что белый карлик может прожить триллионы лет (квадриллион лет по последним оценкам), прежде чем стать черным карликом, практически мертвым телом, которое больше не будет излучать тепло и свет.
Мы не очень много знаем о конце белых карликов, так как весь космос только начался 13,8 миллиардов лет назад, и поэтому практически ни один белый карлик еще не успел умереть таким образом.
Найден белый карлик меньше Луны и тяжелее Солнца
Здесь художник изобразил белый карлик в сравнении с Луной. На самом деле белый карлик находится в 130 световых годах от Земли в созвездии Аквилы.
Иллюстрация Giuseppe Parisi.
Илария Каяццо – ведущий автор нового исследования.
Фото Caltech.
Обнаруженная звезда типа белый карлик оказалась самой маленькой из себе подобных.
Ученые описывают ее как комок тлеющего пепла, что был порождён слиянием двух менее массивных белых карликов. Очень плотный сгусток материи имеет диаметр около 4300 километров. Таким образом по размеру он чуть больше Луны (ее диаметр ‒ около 3500 километров).
Милый белый карлик мал, но поразительно тяжел. Как говорится, мал золотник, да дорог.
«Он упаковал массу, превышающую массу нашего Солнца, в тело размером с нашу Луну», – говорит Илария Каяццо (Ilaria Caiazzo), аспирантка Института теоретической астрофизики Калтеха и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature. – Это может показаться нелогичным, но белые карлики чем меньше, тем массивнее».
Дело в том, что белые карлики – это остатки звезд, которые когда-то были примерно в восемь раз больше массы нашего Солнца. Они наполнены продуктами термоядерных реакций – элементами, в которые превратился водород. Поэтому белые карлики могут состоять из углерода и кислорода или из гелия, или из кислорода, неона и магния.
Когда наше Солнце выгорит, то есть превратит весь свой водород в гелий (примерно через пять миллиардов лет), оно станет красным гигантом. Потом Солнце постепенно сбросит свои внешние слои и тоже сожмется в компактный белый карлик.
Белыми карликами становятся около 97 процентов всех звезд нашей галактики. Остальные столь массивны, что становятся «в старости» нейтронными звёздами.
При этом в отличие от нашего Солнца многие звезды живут парами и вращаются вокруг общего центра масс. Звездные пары «стареют» вместе, и если их масса составляет меньше восьми солнечных масс, две звезды превращаются в двух белых карликов.
Открытие самого маленького белого карлика показывает, что происходит с парой таких вполне обычных белых карликов.
Они продолжают свой космический парный танец. При этом каждый карлик из этой пары теряет энергию, испуская гравитационные волны.
Если умирающие звезды достаточно массивны, они взрываются и превращаются в сверхновую типа Ia.
Но если обессиленные белые карлики имеют массу ниже определенного порога, они сливаются в один новый белый карлик, который тяжелее любой из звезд-прародителей.
Процесс такого слияния усиливает магнитное поле порожденной звезды и ускоряет ее вращение по сравнению с вращением прародителей.
Астрономы говорят, что найденный крошечный белый карлик, названный ZTF J1901+1458, родился как раз из пары двух «постаревших» звезд.
Поскольку сумма масс этих звезд-старушек была чуть ниже пороговой, необходимой для взрыва, то слившись, они образовали белый карлик размером с Луну и массой в 1,35 солнечных.
Магнитное поле милого белого карлика в миллиард раз сильнее солнечного. Вращается этот карлик вокруг своей оси с бешеной скоростью – он делает один оборот каждые семь минут. Впрочем, это не рекорд. Самый быстрый из известных белых карликов под названием EPIC 228939929 обращается вокруг себя каждые 5,3 минуты.
«Весьма умозрительно, но и весьма вероятно, что белый карлик достаточно массивен, чтобы в дальнейшем коллапсировать в нейтронную звезду, – сообщает в пресс-релизе Калтеха Каяццо. – Он настолько массивен и плотен, что в его ядре электроны захватываются протонами ядер химических элементов, образуя нейтроны».
Но давление электронов противостоит силам гравитации. Благодаря этому звезда поддерживает свои идеальные формы. Как только в ядре белого карлика становится слишком мало электронов, происходит коллапс.
Если эта гипотеза учёных верна, то, возможно, что значительная часть других нейтронных звезд формируется таким же образом.
Близость новообретенного объекта (около 130 световых лет от Земли) и его молодой возраст (около 100 миллионов лет или даже меньше) указывают на то, что подобные объекты могут встречаться чаще в нашей галактике.
Ранее мы сообщали о том, как астрономы нашли коричневых карликов, которые вот-вот развалятся на части, как ученые открыли древнейшее поколение коричневых карликов, и как они предположили, что у каждого красного карлика есть хотя бы одна планета.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».