Судьба Земли: как умирающие звезды пожирают свои планеты

Наше Солнце находится примерно на половине своего жизненного пути, что означает, что и Земля также находится на половине своего пути. После того, как звезда исчерпывает свое водородное ядерное топливо, ее диаметр увеличивается более чем в сто раз, поглощая любые неблагоприятные планеты на близких орбитах. Этот день еще не наступил для нашей солнечной системы, но ученые обнаружили возможный предвестник судьбы нашей планеты.

Используя данные с обсерватории TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), астрономы Эдвард Брайант из Университета Уорика и Винсент Ван Эйлен из Университетского колледжа Лондона сравнили системы с звездами в главной последовательности их жизненного пути - слияние водорода, как Солнце - с пост-главной последовательностью звезд, приближающихся к концу их жизненного пути, как с планетами, так и без них.

"Мы увидели, что эти планеты становятся реже [когда звезды стареют]", - сказал Брайант. Другими словами, планеты исчезают, когда их звезды-спутники стареют. Сравнение между планетарными системами с более молодыми и старыми звездами показывает, что расхождение не возникает из-за того, что планеты не были там изначально: старые звезды просто становятся голодными.

Полное поглощение не является единственным способом, которым гигантские звезды могут уничтожить планеты. Когда они растут, гигантские звезды также оказывают все более крупные приливные силы на свои спутники, что приводит к衰анию их орбит, потере атмосферы и даже полному разрыву. Аспект орбитального衰ания потенциально измерим, и это именно тот эффект, который Брайант и Ван Эйлен рассмотрели в своей модели того, как планеты умирают.

"Мы смотрим, насколько распространены планеты вокруг разных типов звезд, с количеством планет на звезду", - сказал Брайант. Брайант и Ван Эйлен определили 456 941 пост-главную последовательность звезд в данных TESS и, из них, нашли 130 планет и кандидатов в планеты с близкими орбитами. "Доля [звезд с планетами] значительно снижается для всех звезд и планет с более короткими периодами, что очень хорошо соответствует прогнозам теории, что приливное衰ание становится очень сильным, когда эти звезды эволюционируют".

Астрономы используют TESS, чтобы найти экзопланеты, ища уменьшение света, когда они проходят перед своими звездами-спутниками, миниатюрное затмение, известное как транзит. Как и любой метод обнаружения экзопланет, транзиты лучше всего подходят для больших, подобных Юпитеру планет в относительно небольших орбитах, продолжающихся менее половины земного года, иногда намного меньше. Таким образом, эти солнечные системы не похожи на нашу в этом отношении. Изучение планет, обращающихся вокруг пост-главной последовательности звезд, представляет дополнительные проблемы.

"Если у вас есть планета одного и того же размера, но более крупная звезда, у вас будет более мелкий транзит", - сказал Брайант. "Это делает более трудным обнаружение этих систем, поскольку сигналы намного более мелкие".

Однако, хотя звезды в выборке данных имеют намного большую поверхность, они сравнимы по массе с Солнцем, и это именно то, что имеет наибольшее значение, заявили исследователи. Звезда с одинаковой массой, как Солнце, пройдет через одинаковые стадии жизни и умрет одинаково, и именно это сходство помогает раскрыть будущее нашей солнечной системы.

"Процессы, которые происходят, когда звезда эволюционирует [за пределами главной последовательности], могут рассказать нам об взаимодействии между планетами и звездой-спутником", - сказал Сабина Рефферт, астроном из Университета Хайдельберга, не участвовавший в исследовании. "Мы никогда не видели такого рода различия в скорости возникновения планет между [главной последовательностью] и гигантами раньше, потому что у нас не было достаточно планет, чтобы статистически увидеть это различие раньше. Это очень перспективный подход".

Наука об экзопланетах - один из самых больших успехов астрономии в современную эпоху: с момента первого открытия экзопланеты 30 лет назад астрономы подтвердили более 6000 планет и определили многие другие кандидаты для дальнейших наблюдений. В то же время работа может быть сложной, когда речь идет о планетах, обращающихся вокруг пост-главной последовательности звезд.

Одним из сложных аспектов этой работы является связанный с возрастом звезд, которые сформировались миллиарды лет до нашего Солнца. Старые звезды имеют более низкую абунданцию химических элементов тяжелее гелия, меру, которую астрономы называют "металличностью". Наблюдения показали корреляцию между высокой металличностью и изобилием экзопланет.

"Небольшое различие в металличности... может потенциально удвоить скорость возникновения", - подчеркнул Рефферт, подчеркивая, что общие выводы из статьи будут сохранены, но детали потребуют уточнения с лучшими данными о металличности.

Будущие наблюдения для измерения металличности с помощью спектров, а также массы звезд и планет, улучшат модель. Кроме того, миссия Европейского космического агентства "Плато", запланированная к запуску в декабре 2026 года, добавит более чувствительные данные к наблюдениям TESS.

Судьба Земли - это далекое будущее, но исследователи сделали большой шаг к пониманию того, как умирающие звезды могут пожирать свои планеты. С более данными TESS и "Плато" мы можем даже увидеть минимальные изменения орбит, которые указывают на то, что планета спиралирует к своей гибели - мрачный конец для этого мира, но замечательное открытие для нашего понимания коэволюции планет и их звезд-спутников.