Jak mohou některé planety přežít smrt svých hvězd

Umělcovo pojetí planety zničené gravitačními silami z umírající hvězdy, která se mění v bílého trpaslíka. Podle nové studie z University of Warwick by však některé planety mohly tomuto osudu uniknout. Obrázek přes CfA / Mark A. Garlick.

Když hvězda zemře, která z jejích planet má největší šanci na přežití? Ukazuje se, že nejmenší a nejhustší skalnaté světy by s největší pravděpodobností unikly drvivému, ohnivému osudu. Toto byl závěr nové studie astrofyziků na University of Warwick ve Velké Británii, která zveřejnila svá zjištění v recenzovaných měsíčních oznámeních Královské astronomické společnosti 1. května 2019.

Vědci popisují svůj výzkum jako „průvodce přežitím exoplanet“, který nastiňuje, jak by se různé druhy planet mohly hodit, když jejich hostitelská hvězda zemře a promění se nejprve v červeného obra a pak bílého trpaslíka, horkého, vyhořelého jádra kdysi -aktivní hvězda. Hromadně velké hvězdy by nakonec explodovaly jako supernovy a vystřelily by jejich vnější vrstvy do vesmíru. Jak by se dalo očekávat, mnoho planet by bylo zničeno během přechodu z obyčejné hvězdy na bílého trpaslíka, ale některé by byly schopny uniknout jejich zkáze, v závislosti na různých faktorech. Podle hlavního autora nové studie Dimitriho Verase:

Článek je jednou z prvních specializovaných studií zkoumajících přílivové účinky [gravitační účinky] mezi bílými trpaslíky a planetami. Tento typ modelování bude mít rostoucí význam v nadcházejících letech, kdy se pravděpodobně objeví další skalnatá těla v blízkosti bílých trpaslíků.

Které planety by tedy byly nejpravděpodobněji zničeny?

Umělecké pojetí prachového prstence obklopujícího bílou trpaslíkovou hvězdu, vše, co zůstává na planetě, která byla během kataklyzmatické smrti hvězdy roztržena přílivovými (gravitačními) silami. Obrázek přes University of Warwick / Mark A. Garlick.

Podle výpočtů těchto astronomů by nejzranitelnější planety byly ty, které se dostanou do „poloměru destrukce hvězdy“, vzdálenost od hvězdy, kde se objekt, který drží pohromadě pouze svou vlastní gravitací, může díky přílivovým silám rozpadnout. Slapové síly jsou gravitační síly; protahují tělo směrem a od středu hmoty jiného těla. Natáhněte dostatečně planetu a celý svět se rozpadne. Planety na oběžné dráze kolem hvězdy by podléhaly posunům přílivových sil, když se hvězda zhroutí do fáze bílého trpaslíka a nakonec se změní v extrémně hustou památku svého bývalého já. Tyto síly mohly také přemístit planety na zcela nové oběžné dráhy, přičemž některé byly zataženy blíže ke hvězdě, ale jiné byly vytlačeny ven.

Masivnější planety mají větší šanci, že budou zničeny než méně masivní, jak zjistili tito astronomové. Pro menší planety se však zdá být klíčovým faktorem viskozita: snadnost nebo odpor vůči toku v tělesném makeupu planety. Saturnův měsíc Enceladus - se svým podpovrchovým oceánem a vnější ledovou kůrou - je příkladem menšího těla s nízkou viskozitou. Nová studie ukazuje, že umírající hvězda mohla snadno spolknout i planety s nízkou viskozitou o velikosti Země.

Vysoce viskózní exo-Země, s hustými jádry, jsou odlišným příběhem. Měli by větší šanci na přežití, protože by je hvězda pohltila, pouze pokud by zůstali ve vzdálenosti dvojnásobné vzdálenosti mezi středem bílého trpaslíka a poloměrem jeho zničení. Ale pro tyto druhy planet je obtížnější spočítat potenciál pro přežití. Jak vysvětlil Veras:

Naše studie, i když je sofistikovaná v několika ohledech, zachází pouze s homogenními skalními planetami, které mají stejnou strukturu po celou dobu. Výpočet vícevrstvé planety, jako je Země, by byl podstatně složitější, ale zkoumáme i proveditelnost.

Nová studie ukazuje, že malé, skalnaté a husté exoplanety by s největší pravděpodobností přežily smrt své hvězdy. Obrázek přes NASA / ESA / Z. Levy (STScI).

Hmota planety a její vzdálenost od hvězdy jsou tedy rozhodujícími faktory, zda může přežít násilný přechod hvězdy na bílého trpaslíka. Ale vždy je také bezpečná vzdálenost. Obecně lze říci, že hustá, skalnatá a homogenní planeta, která se nachází v místě od bílého trpaslíka, který je více než asi třetina vzdálenosti mezi Merkurem a Sluncem, je zaručeno, že se vyhýbá přílivovým silám, když se hvězda zhroutí.

Vědět, jaké druhy planet mohou přežít, a jejich pravděpodobné polohy, může astronomům pomoci hledat planety, které stále existují kolem bílých trpaslíků. Jak řekl Veras:

Naše studie vybízí astronomy, aby hledali skalnaté planety poblíž poloměru ničení bílého trpaslíka - ale právě mimo něj. Dosud se pozorování zaměřila na tuto vnitřní oblast, ale naše studie ukazuje, že skalnaté planety mohou přežít přílivové interakce s bílým trpaslíkem způsobem, který vytlačí planety mírně směrem ven.

Zajímavé je, že vůbec první objevené exoplanety, které byly kdy objeveny, byly nalezeny obíhající kolem pulsaru, ještě extrémnějšího druhu mrtvé hvězdy nazývané neutronová hvězda (zhroucené jádro hvězdy, které podstoupilo výbuch supernovy). V letech 1992 a 1994 byly nalezeny tři exoplanety obíhající pulsar PSR B1257 + 12 (dříve PSR 1257 + 12) a byly pojmenovány PSR 1257 + 12 A, B a C. Astronomové byli překvapeni, protože v té době to bylo pouze myslel si, že hvězdy hlavní sekvence mohou hostit planety.

Srovnání velikostí mezi Zemí a známou hvězdou bílého trpaslíka Siriuse B. I když je tak malá, její hmotnost je 98 procent hmotnosti našeho Slunce! Obrázek přes ESA / NASA.

PSR B1257 + 12 je druh neutronové hvězdy s periodou rotace 6, 22 milisekundy (9 650 ot / min). Má odhadovanou hmotnost 1, 4 milionu Země, ale je velmi maličká, má jen asi 10 km. Vznikl, když se bílý trpaslík proměnil v rychle se otáčející neutronovou hvězdu během procesu, kdy se dva bílí trpaslíci spojili. Pulsarské planety se však zdají být mnohem vzácnější než planety bílých trpaslíků, zatím se potvrdily pouze čtyři.

Nalezení a studium více exoplanet, které stále obíhají kolem bílých trpaslíků, také pomůže vědcům lépe porozumět tomu, co se pravděpodobně stane se miliardami let Země od nynějška, kdy naše vlastní slunce dosáhne konce svého života a změní se na bílého trpaslíka. Další související nedávná studie, také z University of Warwick, poskytla první důkaz, že bílé trpasličí hvězdy nakonec krystalizují a stávají se křišťálově bílými trpaslíky. To zahrnuje naše vlastní slunce poté, co se promění v bílého trpaslíka, asi za 10 miliard let.

Sečteno a podtrženo: Vědci nyní mají lepší představu o tom, jaké druhy planet s největší pravděpodobností přežijí smrt své hostitelské hvězdy, protože se kondenzuje na bílého trpaslíka. Všechno to jde většinou na hmotu a vzdálenost a nová studie také poskytuje vodítko, jaký druh osudu čeká naše vlastní Země poté, co naše vlastní slunce zemře.

Zdroj: Orbitální relaxace a excitace planet úhledně interagujících s bílými trpaslíky

Přes univerzitu ve Warwicku