Kad Saule pārvērtīsies par balto punduri, iespējamas atlikušās planētas perturbācijas vai izmešanas gadu tūkstošu gaitā
Saules sistēma pēc sarkanā milža stadijas
Aptuveni ~5 mlrd. gadu mūsu Saule turpinās ūdeņraža sintēzi kodolā (galvenajā secībā). Tomēr, izsīkot šim kurināmajam, tā pāries uz sarkanā milža un asimptotiskā milža zaru fāzēm, zaudēs lielu masas daļu un galu galā pārvērtīsies par balto punduri. Šo vēlo stadiju laikā planētu orbītas – īpaši ārējo milžu – var mainīties masas zuduma, gravitācijas paisuma spēku vai, ja pietiekami tuvu, zvaigžņu vēja pretestības dēļ. Iekšējās planētas (Merkurs, Venera, visticamāk arī Zeme), iespējams, tiks aprītas, taču pārējās var izdzīvot mainītās orbītās. Ļoti ilgās ēras laikā (desmitiem miljardu gadu) citi faktori, piemēram, nejauši garām lidojošas zvaigznes vai galaktikas paisumi, vēl vairāk pārkārtos vai izjauks šo sistēmu. Zemāk detalizētāk apspriežam katru fāzi un iespējamos rezultātus.
2. Vēlā Saules sistēmas dinamikas galvenie faktori
2.1 Saules masas zudums sarkanās milža un AGB fāzēs
Sarkanās milža un vēlākajā AGB (asimptotiskās milža zara) stadijā Saules ārējā daļa paplašinās un pakāpeniski zūd zvaigžņu vēju vai spēcīgu pulsāciju izmešu dēļ. Uzskata, ka līdz AGB beigām Saule var zaudēt ~20–30 % no savas masas:
- Spīdums un rādiuss: Saules spīdums palielinās līdz tūkstošiem reižu lielākam nekā pašlaik, rādiuss var sasniegt ~1 AU vai vairāk sarkanās milža stadijā.
- Masas zuduma ātrums: Dažu simtu miljonu gadu laikā spēcīgi vēji pakāpeniski noņem augšējos slāņus, beigās veidojot planetāro miglāju.
- Ietekme uz orbītām: Samazinātā zvaigznes masa vājinās tās gravitācijas ietekmi, tādēļ palikušo planētu orbītas paplašinās, ņemot vērā vienkāršu divu ķermeņu attiecību, kur a ∝ 1/M☉. Citiem vārdiem sakot, ja Saules masa samazinās līdz 70–80 %, planētu puslielās ass var proporcionāli palielināties [1,2].
2.2 Iekšējo planētu aprīšana
Merkuru un Veneru gandrīz neapšaubāmi aprīs izpletušās Saules ārējie slāņi. Zeme atrodas uz robežas – daži modeļi rāda, ka masas zudums varētu pietiekami paplašināt tās orbītu, lai izvairītos no pilnīgas iegrimšanas, tomēr paisuma spēki to joprojām var iznīcināt. Pēc AGB posma varētu palikt tikai ārējās planētas (no Marsa) un pundurplanētas un mazie ķermeņi, lai gan ar mainītām orbītām.
2.3 Balto punduru veidošanās
AGB beigās Saule desmitiem tūkstošu gadu laikā izsviež ārējos slāņus, veidojot planetāro miglāju. Paliek balto punduru kodols (~0,5–0,6 Saules masas), sintēze vairs nenotiek; tas tikai izstaro siltuma enerģiju un dzesējas miljardiem vai pat triljoniem gadu. Samazinātā masa nozīmē, ka palikušajām planētām ir paplašinātas vai citādi mainītas orbītas, kas nosaka ilgtermiņa dinamiku jaunajā zvaigznes–planētas masas attiecībā.
3. Ārējo planētu – Jupitera, Saturna, Urāna, Neptūna – liktenis
3.1 Orbitu paplašināšanās
Raudonās milža un AGB masas zuduma posmā Jupitera, Saturna, Urāna un Neptūna orbītas paplašinās adiabātiski Saules masas samazināšanās dēļ. Aptuveni galīgo puslielāko ass garumu af var novērtēt, ja masas zuduma ilgums ir liels salīdzinājumā ar orbitālo periodu:
a(f) ≈ a(i) × (M(⊙,i) / M(⊙,f))
Kur M⊙,i ir sākotnējā Saules masa, bet M⊙,f – galīgā (~0,55–0,6 M☉). Orbītas var palielināties ~1,3–1,4 reizes, ja zvaigzne zaudē ~20–30 % masas. Piemēram, Jupiters, kas atrodas aptuveni 5,2 AB attālumā, var attālināties līdz ~7–8 AB, atkarībā no galīgās masas. Līdzīgs paplašinājums gaidāms arī Saturnam, Urānam un Neptūnam [3,4].
3.2 Ilgtermiņa stabilitāte
Kad Saule pārvērtīsies balta pundura, planētu sistēma varētu pastāvēt vēl miljardiem gadu, lai gan paplašināta. Tomēr ilgtermiņā var parādīties destabilizējoši faktori:
- Planētu savstarpējie traucējumi: Gigantos gados (109 g.) rezonanses vai haotiski procesi var uzkrāties.
- Aizlidojošās zvaigznes: Saule pārvietojas Galaktikā, tādēļ tuvi zvaigžņu pietuvinājumi (daži tūkstoši AB vai mazāk) var izjaukt orbītas.
- Galaktiskie paisumi: Desmitiem vai simtiem miljardu gadu laikā vāji galaktiskie paisumi var ietekmēt ārējās orbītas.
Daži modeļi rāda, ka ~1010–1011 Gadu gaitā milzu planētu orbītas var kļūt pietiekami haotiskas, izraisot izmešanu vai sadursmes. Tomēr tie ir ilgtermiņa procesi, un sistēma var saglabāties vismaz daļēji nemainīga, ja nebūs spēcīgu traucējumu. Galu galā stabilitāte ir atkarīga arī no vietējās zvaigžņu vides.
3.3 Planētu, kas var izdzīvot, piemēri
Bieži tiek minēts, ka Jupiters (ar lielāko masu) un tā pavadoņi var izdzīvot visilgāk, turpinot riņķot ap baltā pundura zvaigzni. Saturns, Urāns, Neptūns ir jutīgāki izmešanai sakarā ar mijiedarbībām ar Jupitera radītajiem traucējumiem. Tomēr šādi orbītu maiņas procesi var ilgt no miljardiem līdz triljoniem gadu, tādēļ daļa Saules sistēmas struktūras var pastāvēt vēl ļoti ilgi baltā pundura atdzišanas periodā.
4. Mazie ķermeņi: asteroīdi, Kuipera josta un Oorta mākonis
4.1 Iekšējā josta asteroīdi
Lielākā daļa galvenā asteroīdu josta ķermeņu (2–4 AB) atrodas salīdzinoši tuvu Saulei. Masas zudums un gravitācijas rezonanses varētu pārbīdīt to orbītas tālāk. Lai gan sarkanā milža "apvalks" var stiepties līdz ~1–1,2 AB un tieši neaizsegt galveno jostu, pastiprināts zvaigžņu vējš vai radiācija varētu izraisīt papildu izkliedi vai sadursmes. Pēc AGB stadijas daļa asteroīdu saglabātos, taču haotiski rezonansi ar ārējām planētām dažus izmetīs.
4.2 Kuipera josta, izkliedētais disks
Kuipera josta (~30–50 AB) un izkliedētais disks (50–100+ AB) visdrīzāk nesaskarsies ar sarkanā milža fizisko apvalku, bet jutīs zvaigznes masas samazināšanos, tādēļ orbītas paplašināsies proporcionāli. Turklāt, mainoties Neptūna orbītai, var pārkārtoties TNO izvietojums. Gadu miljardu laikā zvaigžņu aizlidojumi var izkliedēt daudzas TNO. Tas pats attiecas uz Oorta mākoni (līdz ~100 000 AB): tas tieši maz jūt milzīgo izplešanos, bet būs ļoti jutīgs pret aizlidojošo zvaigžņu un galaktiskajiem paisumiem.
4.3 Balto punduru „piesārņojums“ un komētu krišanas
Novērojot balto pundurus citās sistēmās, redzams „metālu piesārņojums“ atmosfērā – smagie elementi, kas būtu jānogrimst, bet saglabājas tikai pastāvīgas asteroīdu vai komētu atlūzu krišanas dēļ. Līdzīgi mūsu nākotnes baltā pundura gadījumā var palikt asteroīdi/komētas, kas laiku pa laikam pietuvojas Roche robežai, tiek iznīcināti un bagātina pundura atmosfēru ar metāliem. Tas būtu pēdējais Saules sistēmas „pārstrādes“ posms.
5. Galīgās iziršanas vai saglabāšanās laika skalas
5.1 Balto punduru atdzišana
Kad Saule pārvērtīsies baltajā pundurī (~7,5+ miljardu gadu nākotnē), tās rādiuss būs līdzīgs Zemes, bet masa ~0,55–0,6 M☉. Sākotnējā temperatūra ir ļoti augsta (~100 000+ K), pakāpeniski krītoties desmitu/simtu miljardu gadu laikā. Kamēr tā nepārvērtīsies "melnais punduris" (teorētiski, Visuma vecums vēl nav pietiekams šādam posmam sasniegt), planētu orbītas šajā laikā var palikt stabilas vai tikt iznīcinātas.
5.2 Izmešanas un pārlidojumi
Pār 1010–1011 Gadu nejaušas zvaigžņu pietuvināšanās (dažu tūkstošu AV) var pakāpeniski izsviest planētas un mazus ķermeņus starpzvaigžņu telpā. Ja Saules sistēma ceļotu cauri blīvākai videi vai kopai, iziršanas temps būtu vēl lielāks. Galu galā var palikt vientuļš baltais punduris bez saglabātām planētām vai saglabājoties vienam otram tālam ķermenim.
6. Salīdzinājums ar citiem baltiem punduriem
6.1 „Piesārņotie“ baltie punduri
Astronomi bieži atrod baltos pundurus ar smagajiem elementiem (piemēram, kalciju, magniju, dzelzi) atmosfērā, kas būtu ātri jānogrimst, bet saglabājas pastāvīgas mazu ķermeņu (asteroīdu/komētu) krišanas dēļ. Dažās WD sistēmās atrod putekļu diskus, kas veidojas, iznīcinot asteroīdus. Šādi dati liecina, ka planētu atliekas sistēmās var saglabāties cauri baltā pundura fāzei, laiku pa laikam piegādājot materiālu.
6.2 Eksoplanētas pie baltajiem punduriem
Atklāti vairāki planētu kandidāti pie baltajiem punduriem (piemēram, WD 1856+534 b), lieli, izmērā līdzīgi Jupiteram, ļoti tuvu (~1,4 dienu) orbītās. Uzskata, ka šīs planētas varēja vēlāk migrēt iekšā pēc zvaigznes masas zuduma vai saglabāties, pretoties zvaigznes paplašināšanās procesam. Tas sniedz norādes, kā pēc līdzīgiem procesiem var saglabāties vai mainīties Saules sistēmas milzu planētas.
7. Nozīme un plašāka ieskata
7.1 Zvaigžņu dzīves cikla un planētu uzbūves izpratne
Izpētot ilgtermiņa Saules sistēmas evolūciju, ir skaidrs, ka zvaigžņu un to planētu dzīves turpinās tālu aiz galvenās secības beigām. Planētu liktenis atklāj kopīgus procesus – masas zudumu, orbītu paplašināšanos, pievilkšanās mijiedarbību – kas raksturīgi zvaigznēm, līdzīgām Saulei. Tas liecina, ka eksoplanētu sistēmām ap evolūcijas zvaigznēm var notikt līdzīgi likteņi. Tā noslēdzas zvaigžņu un planētu dzīves cikls.
7.2 Galīgā dzīvotnes piemērotība un iespējamā evakuācija
Dažas spekulācijas apgalvo, ka attīstītas civilizācijas varētu sazināties ar "zvaigznes masas kontroli" vai pārvietot planētas uz ārpusi, lai izdzīvotu pēc zvaigznes stabilo laiku beigām. Reālistiski raugoties no kosmiskās perspektīvas, aiziešana no Zemes (piemēram, uz Titānu vai pat ārpus Saules sistēmas robežām) varētu būt vienīgā cilvēcei vai tās nākotnes pēcnācējiem eksistēt gadsimtiem, jo Saules transformācija ir neizbēgama.
7.3 Nākotnes novērojumu pārbaude
Turpinot analizēt "piesārņotās" baltās punduras un iespējami ap tām saglabājušās eksoplanētas, mēs arvien precīzāk sapratīsim, kā galīgi beidzas Zemes tipa sistēmu dzīve. Tajā pašā laikā, pilnveidojot Saules modelēšanu, kļūst skaidrs, cik plaši izplešas sarkanā milža slāņi un cik ātri notiek masas zudums. Sadarbojoties zvaigžņu astrofizikas, orbitālās mehānikas un eksoplanētu pētījumiem, tiek izstrādāti arvien detalizētāki attēli par to, kā zvaigznei mirstot planētas nonāk savās galīgajās stadijās.
8. Secinājums
Ilgākā laika posmā (~5–8 miljardus gadu) Saule, pārejot uz sarkanā milža un AGB fāzēm, piedzīvos ievērojamu masas zudumu un, visticamāk, apēdīs Merkuru, Veneru un iespējams Zemi. Pārējie objekti (ārējās planētas, mazāki objekti) atkāpsies, jo zvaigznes masa samazināsies. Galu galā tie orbītēs riņķos ap baltā pundura. Vēl miljardiem gadu nejauši zvaigžņu tuvumā lidojumi vai rezonanses mijiedarbības var pakāpeniski sagraut sistēmu. Saule – tagad jau auksta, vāja atliekā – tikai vāji atgādinās par kādreiz plaukstošo planētu saimi.
Šāda beigu stadija raksturīga aptuveni 1 Saules masas zvaigznēm, liecinot par to, cik īss ir planētu dzīvotnes piemērotības periods. Šo beigu evolūcijas posmu labākai izpratnei palīdz skaitliskie modeļi, novērojumu dati no spožiem sarkaniem milžiem un "piesārņotām baltajām pundurām" piemēri. Tātad, lai gan mūsu pašreizējā stabilā galvenās secības ēra turpinās, kosmiskais laika karte skaidro, ka neviena planētu sistēma nav mūžīga – lēna Saules sistēmas izzušana ir tās miljardiem gadu ilgās ceļojuma pēdējā daļa.
Atsauces un turpmākai lasīšanai
- Sackmann, I.-J., Boothroyd, A. I., & Kraemer, K. E. (1993). “Mūsu Saule. III. Tagadne un nākotne.” The Astrophysical Journal, 418, 457–468.
- Schröder, K.-P., & Smith, R. C. (2008). “Saules un Zemes tālā nākotne pārskatīta.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 155–163.
- Villaver, E., & Livio, M. (2007). “Vai planētas var izdzīvot zvaigžņu evolūciju?” The Astrophysical Journal, 661, 1192–1201.
- Veras, D. (2016). “Post-main-sequence planetary system evolution.” Royal Society Open Science, 3, 150571.
- Althaus, L. G., et al. (2010). “Baltojo nykštuko žvaigždžių evoliucija.” Astronomy & Astrophysics Review, 18, 471–566.