Какие профессии востребованы сегодня?
Подробнее
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20 июня
Иван Лавренов
1 774

Поглощаемые звездами планеты могут «срывать» с них оболочки

5.0

Ученые построили модель поглощения планет звездами при их превращении в красные гиганты и выделили несколько сценариев, которые различаются механизмами и наблюдаемыми проявлениями, а также итоговым состоянием системы.

Планета, начинающая погружаться в атмосферу красного гиганта, в представлении художника.
Планета, начинающая погружаться в атмосферу красного гиганта, в представлении художника. / © Penn State

Через пять миллиардов лет Солнце превратится в красный гигант и расширится в десятки раз. При этом оно поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Другие звезды, за исключением самых маленьких и самых массивных, тоже становятся красными гигантами, поэтому аналогичная судьба постигнет — и уже постигла — множество планет по всей Галактике.

Некоторые экзопланеты обращаются вокруг своих звезд гораздо ближе, чем Меркурий к Солнцу, а массой превосходят Юпитер, и их поглощение должно приводить к драматическим эффектам. Кроме того, астрономам встречались красные гиганты, обогащенные литием. Этот элемент быстро разрушается в звездных недрах, и его наличие в атмосфере звезды «не первой молодости» — несомненный признак недавнего поглощения звездой крупного небесного тела.

Что же происходит во время поглощения планеты своей звездой? Когда звезда расширяется до орбиты планеты, приливные силы резко возрастают. Планета «поднимает волну» за собой в веществе звезды, гравитация волны притягивает планету и тормозит ее (по аналогичной причине Фобос скоро столкнется с Марсом). Планета начинает по спирали снижаться к звезде и оказывается внутри нее.

Удивительно, но результат этой встречи не всегда однозначен. Астрономы находили планеты, обращающиеся по тесным орбитам вокруг гелиевых субкарликов — обнажившихся звездных ядер, в которых еще продолжается термоядерный синтез. Один из примеров такой системы — Kepler-70. Образоваться на своих нынешних орбитах эти планеты не могли, а гелиевые субкарлики формируются из-за преждевременного сброса оболочки красным гигантом.

Предполагаемый механизм образования планетной системы Kepler-70. Планеты переживают погружение в красный гигант, и после рассеяния его оболочки оказываются на очень тесных орбитах.
Предполагаемый механизм образования планетной системы Kepler-70. Планеты переживают погружение в красный гигант, и после рассеяния его оболочки оказываются на очень тесных орбитах. / © https://jamesrushford.files.wordpress.com/2013/10/2.png

Все это означает, что планета может не только пережить поглощение, но и «сорвать» с гиганта оболочку, после чего снова оказаться «на воле». Исследователи из Калифорнийского университета (США) во главе с Рикардо Ярсой исследовали, что же происходит с планетой, оказавшейся внутри своей звезды, с помощью компьютерной симуляции.

Отметим, что полная модель поглощения выходит за рамки даже современных возможностей компьютерного моделирования. Объем затрагиваемого планетой пространства в миллионы раз меньше объема красного гиганта, поэтому достаточно точно смоделировать всю систему с одним и тем же разрешением сейчас невозможно.

Тем не менее ученые смогли построить упрощенную модель, позволившую им выделить несколько отличающихся сценариев поглощения. Они ограничили полное моделирование регионом вокруг планеты, а на основе результатов вычисляли влияние процесса на звезду. Выяснилось, что далеко не всегда поглощение проходит для звезды бесследно, а сами планеты при этом могут выживать.

Поначалу планета в использованной модели считается неразрушимой массивной сферой и взаимодействует со звездой несколькими способами. Во-первых, планета расталкивает газ звездной оболочки со своего пути, создавая в нем сверхзвуковую ударную волну. Во-вторых, достаточно массивные планеты притягивают набегающий поток, и этот процесс гравитационного фокусирования создает «кильватерную» волну сжатия — участок уплотненного газа, следующий за планетой по ее орбите внутри звезды и действующий на нее своей гравитацией. Кроме того, планета все так же «поднимает» за собой приливную волну внутри атмосферы звезды.

Изображение траектории планеты внутри красного гиганта и кадр из использованного компьютерного моделирования. Размер изображения слева – 100 радиусов Солнца, а справа – 0,1 радиуса Солнца. Цвет показывает плотность газа, а стрелки – направление его течения. На правом рисунке можно видеть ударную волну, создаваемую планетой, приливную волну (отклонение потоков за планетой вверх), и гравитационное фокусирование (схождение потоков к траектории планеты) / © https://arxiv.org/pdf/2203.11227.pdf

Все эти процессы тормозят планету. Ее кинетическая и орбитальная энергия при этом переходит в тепловую и выделяется в виде прибавки к светимости звезды. По мере погружения планета встречает все более плотную среду и все более мощные приливные силы, и в некоторый момент предположение о ее «неразрушимости» прекращает действовать.

Если лобовое сопротивление либо приливные силы превосходят «предел прочности» планеты, симуляция регистрирует ее разрушение, а вся оставшаяся кинетическая и орбитальная энергия планеты разом передается звезде.

Чем больше звезда, тем меньше энергия гравитационного связывания ее оболочки и тем легче она отделяется. Отметим, что описываемая модель является консервативной – с ее помощью ученые рассчитали, в каких условиях планета точно сорвет с гиганта оболочку, но более тщательный учет всех эффектов, скорее всего, понизит эту планку.

Результаты симуляции показали, что планета, масса которой превосходит 10 масс Юпитера, полностью срывают оболочку с красного гиганта при погружении в него. Напротив, звезды, которые еще не закончили превращение в красный гигант, имеют гораздо больше шансов остаться целыми. Звезда солнечной массы, расширившаяся до десяти солнечных диаметров, может пережить слияние даже с красным карликом массой в сто масс Юпитера (одну десятую солнечной массы).

Слияние с планетой выделяет колоссальную энергию. Самые тяжелые планеты значительно тормозятся гравитационным фокусированием и приливами, и быстро погружаются вглубь звезды, поэтому энерговыделение оказывается очень сжатым и интенсивным. На пике, продолжающемся около года, светимость звезды может повышаться во много тысяч раз, после чего она остается повышенной в несколько раз еще в течение сотен и тысяч лет.

Прямое наблюдение этого процесса — дело ближайшего будущего: Местная Группа галактик насчитывает триллионы звезд, и среди них найдутся те, что заняты поглощением своих планет прямо сейчас. Вероятно, их сможет отыскать обсерватория имени Веры Рубин, которую введут в строй в 2023 году, и она многократно повысит возможности обнаружения переменных и катастрофических явлений во Вселенной.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 20:46
Мария Азарова

Авторы нового исследования решили ретроспективно измерить неравенство в отношении здоровья, сравнив смертность политиков со смертностью населения, которое они представляют.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

Вчера, 14:41
Мария Азарова

Эсминец, «который сражался, словно линкор» и затонул во время боя между американцами и японцами осенью 1944 года, покоится на глубине 6895 метров в Тихом океане.

24 июня
Сергей Васильев

Пятно AR3038 — сегодня самое крупное на Солнце — за сутки выросло еще сильнее и стало в два с половиной раза больше Земли.

24 июня
Александр Березин

Новое видео из зоны боевых действий показывает работу систем HIMARS — колесных пусковых установок реактивной артиллерии американского производства. Впрочем, по ряду причин они не смогут оказать заметное влияние на боевые действия. Несмотря на это, их применение может привести к серьезной эскалации конфликта в ином плане.

2 июня
Алиса Гаджиева

Значительная часть научного сообщества отрицает само существование культуры Ацтатлан.

28 мая
Александр Березин

Флот продемонстрировал возможность наносить неперехватываемые ракетные удары на расстоянии, делающим его опасным для авианосных групп противника.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: