Simuleringer afslører hydrodynamik af planetarisk opslukning af ekspanderende stjerne

Når vores sol opbruger brintbrændstoffet i sin kerne omkring 5 milliarder år fra nu, vil den udvide sig til at blive en rød kæmpe, der opsluger de indre planeter. Dynamikken og mulige udfald af planetarisk opslukning er dårligt forstået, men det menes at være en relativt almindelig skæbne for planetsystemer.

En ny undersøgelse, der bruger hydrodynamiske simuleringer, afslører de kræfter, der virker på en planet, når den sluges af en ekspanderende stjerne. Resultaterne viser, at samspillet mellem et substellart legeme (en planet eller brun dværg) med den varme gas i den ydre hylster af en sollignende stjerne kan føre til en række udfald afhængigt af størrelsen af ​​det opslugte objekt og stadiet af stjernens udvikling.

Hovedforfatter Ricardo Yarza ved University of California, Santa Cruz, vil præsentere de nye resultater den 13. juni 2022 på det 240. møde i American Astronomical Society (AAS) i Pasadena.

"Udviklede stjerner kan være hundredvis eller endda tusindvis af gange større end deres planeter, og denne forskel i skalaer gør det vanskeligt at udføre simuleringer, der præcist modellerer de fysiske processer, der forekommer på hver skala," sagde Yarza, en kandidatstuderende i astronomi og astrofysik ved UCSC. "I stedet simulerer vi et lille udsnit af stjernen centreret på planeten for at forstå strømmen omkring planeten og måle de modstandskræfter, der virker på den."

Resultaterne kan hjælpe med at forklare nylige observationer af planeter og brune dværge, der kredser tæt om stjernerester såsom hvide dværge og underdværge. Tidligere undersøgelser har antydet, at disse systemer kan være slutresultatet af en planetarisk opslukningsproces, der involverer krympning af det opslugte legemes kredsløb og udstødning af de ydre lag af stjernen.

"Når planeten bevæger sig inde i stjernen, overfører trækkræfter energi fra planeten til stjernen, og stjernehylsteret kan blive ubundet, hvis den overførte energi overstiger dens bindingsenergi," forklarede Yarza.

Ifølge Yarzas og hans kollegers beregninger kan ingen understjernelegemer, der er mindre end omkring 100 gange Jupiters masse, udskyde en sollignende stjernes hylster, før den har udvidet sig til omkring 10 gange solens radius. På senere stadier af stjerneudvikling og ekspansion kunne stjernehylsteret imidlertid blive slynget ud af et objekt så lille som ti gange massen af ​​Jupiter, som ville krympe sin bane med flere størrelsesordener i processen.

Undersøgelsen fandt også, at planetarisk opslukning kan øge lysstyrken af ​​en sollignende stjerne med flere størrelsesordener i op til flere tusinde år, afhængigt af massen af ​​det opslugte objekt og stjernens udviklingsstadium.

Den ramme, som denne undersøgelse giver, kan inkorporeres i fremtidigt arbejde med at udforske effekten af ​​opslugning på stjernens struktur. "Vores arbejde kan informere simuleringer af planetarisk opslukning på stjernens skala ved at give et nøjagtigt referencebillede af fysikken på planetens skala," sagde Yarza.

En lang række planetariske systemer er nu blevet beskrevet af exoplanet søgeprogrammer. Efterhånden som disse systemer udvikler sig, vil en betydelig del sandsynligvis undergå planetarisk opslukning. "Vi tror, ​​det er relativt almindeligt," sagde Yarza.

Et papir om de nye resultater er blevet indsendt til offentliggørelse i Astrophysical Journal . De seniorforfattere af papiret er Enrico Ramirez-Ruiz, professor i astronomi og astrofysik, og Dongwook Lee, lektor i anvendt matematik, begge ved UC Santa Cruz.

Ramirez-Ruiz sagde, at han var imponeret over Yarzas arbejde med dette projekt. "Der er mange ingredienser for succes på de højeste niveauer af astrofysisk forskning, herunder kreativitet, gane i udvælgelsen af ​​nøglespørgsmål, styrke og rækkevidde af viden, evne til at kommunikere videnskabelige resultater, teknisk beherskelse og uafhængighed. Ricardo skiller sig ud ved, at hans vektor er stor i alle disse grundlæggende dimensioner," sagde han. + Udforsk yderligere

TESS afslører en usandsynlig planet