Τι θα συμβεί σε όλους τους εσωτερικούς πλανήτες, τους νάνους πλανήτες, τους αέριους γίγαντες και τους αστεροειδείς στο Ηλιακό Σύστημα όταν ο Ήλιος μετατραπεί σε λευκό νάνο; Αυτή η ερώτηση εξετάζεται επί του παρόντος από έναν ερευνητή της NASA που κατασκευάζει ένα μοντέλο για το πώς μπορεί να εξελιχθεί το Ηλιακό μας Σύστημα καθώς ο Ήλιος μας χάνει μάζα, μετατρέποντας βίαια σε ένα αστέρι που εκφυλίζεται από ηλεκτρόνια. Αποδεικνύεται ότι η εργασία του Dr. John Debes έχει μερικές πολύ ενδιαφέρουσες επιπτώσεις. Καθώς χρησιμοποιούμε πιο ακριβείς τεχνικές για να παρατηρήσουμε υπάρχοντες λευκούς νάνους αστέρες με τα σκονισμένα υπολείμματα των βραχωδών σωμάτων που συνήθιζαν να περιφέρονται γύρω τους, τα αποτελέσματα του μοντέλου του Debes θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως σύγκριση για να δούμε αν τυχόν υπάρχοντες λευκοί νάνοι μοιάζουν με τον Ήλιο μας. μπορεί να φαίνεται σε 4-5 δισεκατομμύρια χρόνια…
Σύγκριση του Ήλιου στη φάση του κίτρινου νάνου και της φάσης του κόκκινου γίγαντα
Σήμερα, ο Ήλιος μας είναι ένας υγιής κίτρινος νάνος αστέρας. Αν θέλετε να είστε ακριβείς, είναι ένα 'G V αστέρι'. Αυτός ο κίτρινος νάνος θα κάψει ευτυχώς 600 εκατομμύρια τόνους υδρογόνουανά δευτερόλεπτοστον πυρήνα του για 10 δισεκατομμύρια χρόνια, δημιουργώντας το φως που απαιτείται για να γίνει ο πλανήτης μας κατοικήσιμος. Ο Ήλιος βρίσκεται περίπου στα μισά αυτής της φάσης καύσης υδρογόνου, οπότε είναι εντάξει, τα πράγματα δεν πρόκειται να αλλάξουν (τουλάχιστον για τον Ήλιο) για πολύ ακόμη.Τι γίνεται όμως τότε; Τι συμβαίνει σε 4-5 δισεκατομμύρια χρόνια όταν τελειώσει η παροχή υδρογόνου στον πυρήνα; Αν και ο Ήλιος μας δεν είναι αρκετά ογκώδης για να διασκεδάσει τη σκέψη να βγούμε έξω σε μια φλόγα δόξας σουπερνόβα, θα εξακολουθεί να περνά από έναν συναρπαστικό, αλλά τρομακτικό θάνατο. Αφού εξελιχθεί στη φάση καύσης υδρογόνου, ο Ήλιος θα φουσκώσει σε ένα τεράστιο κόκκινο γίγαντα αστέρα καθώς το καύσιμο υδρογόνου γίνεται σπάνιο, επεκτείνοντας 200 φορές το μέγεθος που είναι τώρα, πιθανώς να καταπίνει τη Γη. Ήλιο, και στη συνέχεια προοδευτικά βαρύτερα στοιχεία θα συγχωνευθούν μέσα και γύρω από τον πυρήνα. Ωστόσο, ο Ήλιος δεν θα συντήξει ποτέ άνθρακα, αντίθετα θα αποβάλει τα εξωτερικά του στρώματα σχηματίζοντας ένα πλανητικό νεφέλωμα.
Μόλις ηρεμήσουν τα πράγματα, θα παραμείνει ένα μικρό αστραφτερό κόσμημα ενός λευκού νάνου. Αυτό το μικροσκοπικό απομεινάρι θα έχει μάζα περίπου τη μισή από αυτή του σημερινού Ήλιου μας, αλλά θα έχει το μέγεθος της Γης. Περιττό να πούμε ότι οι λευκοί νάνοι είναι πολύ πυκνοί, έντονη βαρυτική έλξη που αντισταθμίζεται όχι από τη σύντηξη στον πυρήνα (όπως όλα τα αστέρια της κύριας ακολουθίας), αλλά από πίεση εκφυλισμού ηλεκτρονίων .
Σχετικά μεγέθη του IK Pegasi A (αριστερά), του IK Pegasi B (κάτω κέντρο, ένας λευκός νάνος) και του Ήλιου (NASA)
Όταν το Ηλιακό Σύστημα φτάσει σε αυτή τη φάση της εξέλιξής του, πώς θα μοιάζει; Τι θα γίνει με τους αστεροειδείς, τους αέριους γίγαντες, τα φεγγάρια και τους βραχώδεις πλανήτες; Ήμουν πολύ τυχερός να συνομιλήσω με τον αστροφυσικό Dr John Debes, από το Goddard Space Flight Center της NASA, στο συνέδριο της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας (AAS) του Ιανουαρίου στο Long Beach (Καλιφόρνια), ο οποίος αναπτύσσει έναν κώδικα n-σώματος που προσομοιώνει ένα εξελισσόμενο ηλιακό σύστημα.Αφού ο Ήλιος σταματήσει τη σύντηξη υδρογόνου στον πυρήνα του, χάνει μάζα καθώς αποβάλλει τα εξωτερικά του στρώματα μετά τη φάση του κόκκινου γίγαντα και τον επακόλουθο σχηματισμό πλανητικού νεφελώματος. Υπολογίζεται ότι ο Ήλιος θα χάσει περίπου το 50% της μάζας του κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, επηρεάζοντας φυσικά το Ηλιακό Σύστημα στο σύνολό του. Καθώς ο Ήλιος χάνει μάζα, οι εξωτερικοί πλανήτες (όπως ο Δίας) θα παρασυρθούν προς τα έξω, αυξάνοντας τις τροχιακές ακτίνες τους. Στην προσομοίωση, η Debes είναι πολύ προσεκτική για να διασφαλίσει ότι υπάρχει σταδιακή μείωση της ηλιακής μάζας για να εξασφαλίσει σταθερότητα στην προσομοίωση.
Αυτό που μας μένει είναι ένα παλιό Ηλιακό Σύστημα, όπου ελάχιστα έχουν απομείνει από τους εσωτερικούς πλανήτες (είναι πιθανό ότι οτιδήποτε στην τροχιά της Γης θα έχει καταπιεί ο Ήλιος καθώς επεκτεινόταν μέσω της φάσης του κόκκινου γίγαντα). Αν και το μελλοντικό ηλιακό σύστημα λευκού νάνου θα φαίνεται πολύ ξένο μέχρι σήμερα, ορισμένα πράγματα δεν θα αλλάξουν. Η τροχιά του Δία μπορεί να έχει υποχωρήσει με την πτώση της ηλιακής μάζας, θα παραμείνει ένα πλανητικό βαρύ βάρος, προκαλώντας διαταραχή στις τροχιές των αστεροειδών. Χρησιμοποιώντας γνωστά δεδομένα αστεροειδών, η κίνηση αυτών των κομματιών πετρωμάτων επιτρέπεται να εξελιχθεί, και με την πάροδο εκατομμυρίων ετών, μπορεί να εκτιναχθούν έξω από το Ηλιακό Σύστημα, ή το πιο ενδιαφέρον, να ωθηθούν πιο κοντά στον λευκό νάνο. Όταν ολόκληρο το σύστημα έχει κατασταλάξει, οι συντονισμοί στη ζώνη των αστεροειδών θα ενισχυθούν. Τα κενά Kirkwood (που προκαλούνται από βαρυτικό συντονισμό με τον Δία) θα διευρυνθούν και σύμφωνα με τις προσομοιώσεις του Debes, οι άκρες αυτών των χασμάτων θα διαταραχθούν ακόμη περισσότερο, καθιστώντας περισσότερους αστεροειδείς διαθέσιμους για να διαταραχθούν παλιρροιακά και να τεμαχιστούν σε σκόνη.
Έννοια καλλιτεχνών ενός τεμαχισμένου αστεροειδούς γύρω από τον λευκό νάνο (NASA/JPL-Caltech)
Το συνέδριο της AAS ήταν γεμάτη εκπληκτικές έρευνες σε παρατηρήσεις λευκών νάνων . Ο λόγος για αυτό είναι ότι υπάρχουν πολλοί υποψήφιοι λευκοί νάνοι εκεί έξω με σκονισμένες μεταλλικές γραμμές απορρόφησης. Αυτό σημαίνει ότι παλαιότερα υπήρχαν βραχώδη σώματα που περιφέρονταν γύρω από αυτά τα αστέρια, αλλά κονιοποιήθηκαν (με παλιρροιακή διάτμηση) για να τα αναλύσουν οι αστρονόμοι. Αυτά τα συστήματα λευκών νάνων μπορούν να μας δώσουν μια ιδέα για το ποιοι μηχανισμοί θα μπορούσαν να τροφοδοτούν τους λευκούς νάνους με σκονισμένο υλικό, δίνοντάς μας ακόμη και μια ματιά στο μέλλον του Ηλιακού μας Συστήματος.'Έχουμε μια φυσική εικόνα για τη σύνδεση μεταξύ των πλανητικών συστημάτων και των σκονισμένων λευκών νάνων», είπε ο Debes όταν περιέγραψε το μοντέλο του σε σχέση με τις μυστηριώδεις σκονισμένες παρατηρήσεις των λευκών νάνων. 'Οι σκονισμένοι λευκοί νάνοι είναι πραγματικά ένα μυστήριο! Νομίζουμε ότι ξέρουμε τι μπορεί να συμβαίνει, αλλά δεν έχουμε ακόμα πιστόλι.
Ωστόσο, ο Debes πλησιάζει στο να βρει ένα πιθανό όπλο καπνίσματος, βασίζει το μοντέλο του σε μερικά από τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των αρχαίων σκονισμένων υπολειμμάτων για να δει πώς θα μπορούσε να μοιάζει το Ηλιακό Σύστημα σε δισεκατομμύρια χρόνια.
Λοιπόν, από πού προέρχεται αυτή η σκόνη; Καθώς οι τροχιές των αστεροειδών διαταράσσονται από τον Δία, μπορεί να πλησιάσουν αρκετά ώστε να διαταραχθούν παλιρροιακά. Πλησιάστε πολύ κοντά και θα τεμαχιστούν από τη βαρυτική διάτμηση που δημιουργείται από την απότομη παλιρροιακή ακτίνα του συμπαγούς λευκού νάνου. Στη συνέχεια, η σκόνη του αστεροειδούς κατακάθεται στον λευκό νάνο. Η παρουσία αυτής της σκόνης έχει μια πολύ εμφανή υπογραφή στις γραμμές απορρόφησης των φασματοσκοπικών δεδομένων, επιτρέποντας στους ερευνητές να συμπεράνουν έναν ρυθμό αύξησης για λευκούς νάνους πλούσιους σε μέταλλα. Στο μοντέλο του Debes, έχει θέσει το ανώτατο όριο στο 1016g/έτος και κατώτερο όριο στο 1013g/έτος, σύμφωνα με τις παρατηρούμενες εκτιμήσεις.
Φάσματα G29-38. Θα μπορούσε αυτό να μοιάζει με τα φάσματα του Ήλιου αφού μετατραπεί σε λευκό νάνο; (NASA/Spitzer)
Στο εξελιγμένο μοντέλο του Ηλιακού Συστήματος του, η βαρύτητα του Δία ελέγχει αυτόν τον ρυθμό προσαύξησης, ωθώντας τους αστεροειδείς προς τον λευκό νάνο και, χρησιμοποιώντας έναν ισχυρό υπερυπολογιστή για να παρακολουθεί τις διαταραχές και τον τελικό τεμαχισμό των γνωστών αστεροειδών, μπορεί να υπάρξει μια ευκαιρία να καταλήξουμε σε ένα βαθύ συμπέρασμα. Ο Debes είναι σε θέση να χρησιμοποιήσει το μοντέλο του για να συγκρίνει παρατηρήσεις γνωστών σκονισμένων λευκών νάνων με το προσομοιωμένο αποτέλεσμα του Ηλιακού Συστήματος. Με αναφορά σε προηγούμενες μελέτες (ιδίως οι Koester & Wilken, 2006 στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics), ο Debes βρήκε μερικούς παρόμοιους λευκούς νάνους «Ήλιους».'Για G29-38 , ο κανονικός σκονισμένος λευκός νάνος, αυτοί[Cherish & Wilken]υπολογίστε μια συνολική μάζα 0,55 ηλιακών μαζών—σχετικά με το τι πιστεύουν οι άνθρωποι τη μάζα που θα έχει απομείνει ο δικός μας ήλιος όταν γίνει λευκός νάνος», «Πρέπει να προσθέσετε. 'Αλλά οι εκτιμήσεις μάζας είναι λίγο αβέβαιες – έχω δει εκτιμήσεις που κυμαίνονται από 0,55-0,7 ηλιακές μάζες για αυτόν τον συγκεκριμένο λευκό νάνο.
Το μέλλον της Sun; Ο λευκός νάνος G29-38 (NASA)
'Ένας άλλος καλός υποψήφιος είναι ένας DAZ[ένας λευκός νάνος πλούσιος σε μέταλλα]ονομάζεται WD 1257+278, το οποίο δεν εμφανίζει σκόνη αλλά είναι επιτόπου με την αναμενόμενη μάζα για τον Ήλιο–0,54 MΉλιος», είπε ο Debes. 'Ο ρυθμός προσαύξησής του είναι επίσης συνεπής με τις μέχρι τώρα προβλέψεις μοντέλων μου, υποθέτοντας μάζα ζώνης αστεροειδών και χαρακτηριστική χρονική κλίμακα διαταραχών που βρήκα στις προσομοιώσεις μου.Ο Debes συνεχίζει να κάνει το μοντέλο του όλο και πιο εξελιγμένο, αλλά ήδη τα αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα. Το πιο συναρπαστικό είναι ότι μπορεί ήδη να παρατηρούμε λευκούς νάνους, όπως ο G29-38 ή ο WD 1257+278, δίνοντάς μας μια δελεαστική ματιά για το πώς θα μοιάζει το Ηλιακό μας Σύστημα όταν ο Ήλιος γίνει λευκός νάνος, ξεσκίζοντας τους εναπομείναντες αστεροειδείς και πλανήτες καθώς απομακρύνονται πολύ κοντά στην παλιρροιακή διάτμηση του Ήλιου. Ωστόσο, εγείρει επίσης το ερώτημα: εάν λευκοί νάνοι όπως ο G29-38 τροφοδοτούνται από τα υπολείμματα αστεροειδών που αναμειγνύονται παλιρροιακά, υπάρχουν τεράστιοι πλανήτες που διώχνουν αστεροειδείς και σε αυτά τα συστήματα λευκών νάνων;