Korzystając z należącego do NASA satelity Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), astronomowie odkryli, że starzejące się gwiazdy w fazie tak zwanej „czerwonego olbrzyma” są jeszcze bardziej destrukcyjne dla krążących wokół nich planet, niż wcześniej sądzono. Co nam to mówi o tym, co stanie się z Ziemią i resztą naszego Układu Słonecznego, gdy Słońce przejdzie tę gwałtowną transformację?
Naukowcy używają TESS polować na planety pozasłoneczne, lub „egzoplanety”, obserwując spadki światła gwiazd, które powodują, gdy przecinają lub „przechodzą” przez twarz swojej gwiazdy pod kątem patrzenia wokół Ziemi. Zaczynając od prawie pół miliona układów planetarnych, zespół badaczy rozpracował to do próbki 15 000 możliwych sygnałów planetarnych wykrytych przez TESS. Następnie zespół zastosował algorytm komputerowy, który pomógł im zidentyfikować tylko te kandydatury na planety, które krążą wokół gwiazd, które dopiero zaczynają stawać się czerwonymi olbrzymami, i ustalił, że jest ich około 130, w tym 33 to nowe kandydatury wykryte pierwszy raz.
„To mocny dowód na to, że gwiazdy ewoluujące poza swoją sekwencję główną mogą szybko spowodować, że planety wpadną w nie spiralą i ulegną zniszczeniu. Od pewnego czasu jest to przedmiotem debat i teorii, ale teraz możemy bezpośrednio zobaczyć wpływ tego zjawiska i zmierzyć go na poziomie dużej populacji gwiazd” – Edward Bryant, członek zespołu i badacz z Uniwersytetu w Warwick, – napisano w oświadczeniu. „Spodziewaliśmy się takiego efektu, ale i tak byliśmy zaskoczeni, jak skuteczne te gwiazdy wydają się pochłaniać swoje bliskie planety”.
Gwiazdy decydują się na ekstremalną metamorfozę
Gwiazdy stają się czerwonymi olbrzymami, gdy osiągną koniec wodoru w swoich jądrach, co oznacza, że ten najlżejszy pierwiastek nie może być dalej przekształcany w hel w procesie jądrowym znanym jako fuzja, który napędza tak zwane gwiazdy „ciągu głównego”, takie jak Słońce. Kiedy tak się dzieje, jądra tych gwiazd zaczynają się kurczyć, ale zewnętrzne warstwy, w których wodór wciąż przekształca się w hel, „wydymają się”, powodując ekspansję gwiazdy nawet 1000 razy w stosunku do pierwotnego rozmiaru. Oznacza to koniec fazy ciągu głównego i początek etapu czerwonego olbrzyma w życiu gwiazdy.
Oczywiście jest to zła wiadomość dla planet krążących blisko tej transformującej się gwiazdy. Na przykład, gdy za około 5 miliardów lat Słońce wejdzie w fazę czerwonego olbrzyma, rozszerzy się, aby połknąć Merkurego i Wenus, a być może nawet naszą planetę. Jednak nie jest to jedyna metoda zniszczenia, którą zdaniem zespołu gwiazdy wykorzystują jako czerwone olbrzymy.
„Uważamy, że do zniszczenia dochodzi na skutek grawitacyjnego przeciągania liny pomiędzy planetą a gwiazdą, zwanego interakcją pływową. W miarę ewolucji i rozszerzania się gwiazdy to oddziaływanie staje się silniejsze” – kontynuował Bryant. „Tak jak Księżyc przyciąga ziemskie oceany do tworzenia przypływyplaneta przyciąga gwiazdę. Te interakcje spowalniają planetę i powodują kurczenie się jej orbity, wprawiając ją w ruch spiralny do wewnątrz, aż do rozpadu lub wpadnięcia w gwiazdę.”
Znajduje to odzwierciedlenie w fakcie, że gdy zespół skupił się na gwiazdach, które już zaczęły się rozszerzać, prawdopodobieństwo, że znajdą się w nich planety, wynosiło zaledwie 0,11%. To około 3% mniej niż szansa, że gwiazda ciągu głównego będzie gospodarzem planety. Naukowcy odkryli również, że prawdopodobieństwo, że czerwony olbrzym będzie gospodarzem gigantycznej planety, takiej jak Jowisz czy Saturn, również maleje wraz ze wzrostem wieku gwiazdy.
Ale co to nam mówi o szansach Ziemi na przetrwanie metamorfozy Słońca w czerwonego olbrzyma?
„Ziemia jest z pewnością bezpieczniejsza niż planety-olbrzymy objęte naszym badaniem, które znajdują się znacznie bliżej swojej gwiazdy. Przyjrzeliśmy się jednak tylko najwcześniejszej części fazy po ciągu głównym, pierwszemu milionowi lub dwóm jej latom – gwiazdy mają jeszcze dużo do przejścia w ewolucji” – powiedział Vincent Van Eylen, członek zespołu i badacz z University College of London. „W przeciwieństwie do brakujących planet-olbrzymów uwzględnionych w naszych badaniach, sama Ziemia może przetrwać fazę czerwonego olbrzyma Słońca. Ale życie na Ziemi prawdopodobnie by tego nie zrobiło”.
Naukowcy będą teraz szukać większej ilości danych, aby lepiej zrozumieć, dlaczego niektóre planety stają się ofiarą starszych gwiazd, a inne nie, co mogłoby odpowiedzieć na pytania o potencjalne przetrwanie Ziemi.
„Kiedy już poznamy masy tych planet, pomoże nam to dokładnie zrozumieć, co powoduje, że planety wirują i ulegają zniszczeniu” – podsumował Bryant.
Wyniki badań zespołu opublikowano w październikowym wydaniu miesięcznika Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
