I den fjerne fremtid, stjernernes forbiflyvninger vil fuldstændig demontere solsystemet

Forbrug og opløsning.

Næste gang du vil være festens liv – hvis du altså hænger ud med seje nørder – så smid bare den sætning ind i samtalen. Og når de kigger spørgende på dig, bare sig, at det er solsystemets endelige skæbne.

Juster derefter dit cravat og tag endnu en tår af din absint.

Til strømmen af ​​begejstrede opfølgende spørgsmål, der er bundet til at følge din forklaring, du kan yderligere forklare, at solen selv og Mælkevejen vil være synderen. Og så kan man nævne en ny undersøgelse.

Undersøgelsen har titlen "Den store ulighed og den dynamiske opløsning af det ydre solsystem." Hovedforfatteren er Jon Zink, en kandidatstuderende i UCLAs afdeling for astronomi og astrofysik. Bladet er udgivet i Astronomisk Tidsskrift .

Mennesker har længe undret sig over solsystemets eventuelle skæbne. I introduktionen af ​​deres papir, forfatterne skriver, "At forstå solsystemets langsigtede dynamiske stabilitet udgør en af ​​astrofysikkens ældste sysler, spore tilbage til Newton selv, som spekulerede i, at gensidige interaktioner mellem planeter i sidste ende ville drive systemet ustabilt." Men han kunne ikke forklare sig selv, fordi forstyrrelsesteorien ikke eksisterede endnu.

Newton havde i det mindste delvis ret. Men at bestemme fremtiden for et kompliceret system som vores solsystem er ikke en let opgave, især fordi det involverer en vis videnskabelig prognose for begivenheder, der tager milliarder af år at udfolde sig.

I denne nye undersøgelse, forfatterne gennemførte et væld af, hvad der kaldes N-body simuleringer. De er et almindeligt værktøj inden for astronomi og astrofysik. N-body simuleringer er simuleringer af dynamiske systemer af interagerende partikler, selvom i dette tilfælde, partiklerne er planeterne og selve solen.

På flere milliarder år, solen – solsystemets kerne – vil ændre sig dramatisk. Brintfusion i sin kerne vil afvikle, og solen forlader hovedsekvensen. Det vil udvide sig til en rød kæmpe, omslutter Merkur, Venus og sandsynligvis Jorden. (Mars' overlevelse er usikker, men da dens masse er så lav, om det overlever eller ej, vil ikke påvirke de store ydre planeter meget."

Du spørger måske, "Når Jorden er væk, hvem bekymrer sig om, hvad der derefter sker? Hvorfor bøvle med disse simuleringer?" Nå, måske er menneskeheden vandret længere ud i solsystemet på det tidspunkt. Men uanset om vi har eller ej, vi er stadig drevet til at kende solsystemets skæbne.

Så, mens solen udvider sig til en rød kæmpe, det vil også begynde at tabe masse. Faktisk, det vil sandsynligvis miste omkring halvdelen af ​​sin masse i de næste 7 milliarder år eller deromkring. Tab af masse, som forankrer banerne for solsystemets planeter og andre legemer, vil være yderst forstyrrende.

Solens ekspansion vil betyde game over for de indre klippeplaneter, højst sandsynlig. Men for alle mennesker eller deres fjerne, uigenkendelige efterkommere, der klynger sig til livet i Europas hav eller et andet sted, det er spillet slut, også.

Uden solens masse til at forankre dem gravitationsmæssigt, solsystemets ydre planeter vil komme ulimede. Som en aristokrat på en fem-dages absint-binge, deres orbitale adfærd bliver uforudsigelig, uberegnelig. De vil drive længere væk, ud i rummet.

Indtil nu, dette er ikke ny viden. "På grund af solmassetab - som forventes at fjerne omtrent halvdelen af ​​stjernens masse -, de gigantiske planeters baner udvider sig, " skriver forfatterne. Men Zink og hans kolleger ønskede at finde ud af, hvad der sker efter dette. Ifølge deres arbejde, der vil være endnu en periode med relativ stabilitet for nogle af planeterne.

"Denne adiabatiske proces opretholder omløbsperiodeforholdene, men den gensidige interaktion mellem planeter og bredden af ​​middelbevægelsesresonanser (MMR) øges, fører til erobringen af ​​Jupiter og Saturn i en stabil 5:2 resonanskonfiguration."

Men disse udvidede baner, sammen med andre egenskaber, gøre situationen uholdbar. Den nye konfiguration, som mangler forankringseffekten af ​​solens masse, er modtagelig for "... forstyrrelser fra stjerneflyvende interaktioner, " skriver forfatterne. På dette tidspunkt i deres simuleringer, vores uigenkendelige sol er nu en hvid dværg.

"Derfor, inden for omkring 30 Gyr, stjernemøder forstyrrer planeterne på det kaotiske underdomæne af 5:2-resonansen, udløser en storstilet ustabilitet, som kulminerer i udstødningen af ​​alle undtagen én planet over de efterfølgende ~10 Gyr."

Hvad er den ene planet, der vil modstå udvisning? Højst sandsynligt Jupiter, vores solsystems mest massive planet. Uden nogen ledsagere tilbage, Jupiter vil blive ved i yderligere 50 Gyr, ifølge undersøgelsen. Den bliver først fjernet, når en stjerne forbiflyvning endelig sender den sammen.

"Med et fravær af yderligere planeter, den overlevende planet mangler en direkte mekanisme til at opnå positiv energi. Den eneste tilbageværende kilde til energiudveksling er gennem interaktioner med forbipasserende stjerner, " skriver forfatterne i deres papir. Og de beregner, at en stjerne vil passere omkring hvert 20. million år.

Som den sidste planet stående, Jupiters orbitale excentricitet vil blive øget. "Som resultat, den forventede tidsskala for udstødningen af ​​gasgiganten efter ustabilitet er reduceret med ca. en faktor to (sammenlignet med planetbanen før ustabilitetens begyndelse). Så den ensomme gamle Jupiter vil være mere modtagelig for udslyngning af alle forbipasserende stjerner.

Hvis du forestiller dig en flyby-begivenhed under de helt rigtige omstændigheder til at skubbe Jupiter ud, det er nok ikke helt rigtigt. Det er mere som 'død med tusinde snit'.

"Da møder med forbiflyvning er sjældne (indtastning af 10, 000 au sphere én gang hver 23. Myr), og de fleste interaktioner vil have små dynamiske effekter på den resterende planet, udstødningsprocessen kan i princippet ske støt..." skriver Zink og hans medforfattere.

Eller måske ikke. "På den anden side, givet tilstrækkelig tid, det er også muligt, at et ekstremt tæt møde uafhængigt vil befri den endelige planet. Den underliggende mekanisme til fjernelse af den endelige planet repræsenterer således en konkurrence mellem disse to processer."

Det er ikke nemt at simulere, især da det hele vil ske milliarder af år fra nu. passende, forfatterne stiller et spørgsmål:"Med andre ord, vil den endelige planet blive slynget ud af en enkelt større begivenhed eller mange små energiudvekslinger?"

Forfatterne giver et par forbehold, selvom. Den ene vedrører antallet af simuleringer, de kørte:10. De anerkender, at deres undersøgelse ikke er et solidt statistisk bevis, men det faktum, at hver simulering gav lignende resultater, er stadig signifikant. "I alle 10 af vores simuleringer, de fire gasgiganter kastes ud af solsystemet inden for 1, 012 år, efter afslutningen på solmassetab, " de skriver.

En anden advarsel involverer stjernerne, der flyver forbi. De modellerede forbiflyvninger af individuelle stjerner, men omkring halvdelen af ​​alle stjerner findes i binære par. Holdet udelukkede disse møder fra deres simuleringer, På en måde. Men de stod stadig for dem, anerkender, at binære forbiflyvninger sandsynligvis ville være mere forstyrrende end ensomme forbiflyvninger. "Ved at vælge at udelukke disse binære møder, vi laver et konservativt skøn for det fremtidige solsystems levetid. Med andre ord, effekten af ​​at inkludere binære forbiflyvninger ville yderligere reducere denne forventede levetid."

Allerede i begyndelsen af ​​deres papir, forfatterne foreslår forsigtighed omkring deres egne resultater. "Desværre, " de skriver, "selv de mest præcise N-legeme simuleringer er kun i stand til at producere tidsbegrænset prognose for udviklingen af ​​solsystemet. På grund af den kaotiske natur af planetbanerne, deterministisk prognose er umulig over tilstrækkeligt lange tidsskalaer."

Selvfølgelig, selve Mælkevejen vil ændre sig meget over disse ekstremt lange tidsskalaer. Hvordan vil det påvirke solsystemets fremtid?

Som solsystemet, eller hvad der er tilbage af det, vandrer gennem galaksen, udsigterne kan ændre sig. "I løbet af de tidsskalaer, der tages i betragtning i denne undersøgelse, solsystemet kan gennemgå radial migration gennem galaksen, støder på områder med forskellig stjernetæthed og hastighedsspredning." Men det er næsten umuligt at modellere.

Vil det migrere udad eller indad? Ingen er sikker, og ingen er sikre på, om det betyder, at det resterende system vil støde på færre stjerner eller flere stjerner. Men mødefrekvensen kan variere tre gange.

Mælkevejen forventes også at kollidere eller smelte sammen med Andromeda-galaksen om flere milliarder år. Men igen, det er ikke let at modellere på det granulære niveau af individuelle solsystemer. "Disse ændringer vil påvirke hastigheden og hastigheden af ​​stjernemøder, men det er stadig vanskeligt at estimere disse ændringer nøjagtigt og ligger uden for rammerne af dette nuværende arbejde."

I hvert fald der er ingen grund til at afslutte din flaske absint, mens du holder et nervøst øje på himlen. Det er usandsynligt, at menneskeheden vil være til stede for at være vidne til noget af dette. Hvis det er sandt, at 99,9% af alle arter, der nogensinde har eksisteret, er uddøde, vi har ikke store odds.

Men spørgsmålet omkring solsystemets skæbne er stadig fascinerende. Til sidst, de tidligere planetariske ledsagere vil sprede sig og drive gennem rummet som slyngelplaneter. Hvis en anden art af smarte bukser nogensinde får øje på dem, de vil ikke have nogen anelse om deres oprindelse og ingen måde at vide, at en bestemt art af hominider på en bestemt planet undrede sig over deres endelige skæbne.