Slnečná sústava môže zaniknúť až 100-krát rýchlejšie, než sme si mysleli. Vedci zistili, že smrť Slnka môže prebiehať oveľa chaotickejšie

Slnečná sústava pôsobí ako stabilný systém, v ktorom planéty obiehajú okolo Slnka po predvídateľných dráhach. Táto rovnováha však nemusí vydržať navždy. Nová štúdia teoretických astrofyzikov z Kalifornského technologického inštitútu Caltech a Michiganskej univerzity naznačuje, že po smrti Slnka môžu vonkajšie planéty čeliť oveľa väčšiemu chaosu, než predpokladali doterajšie výpočty.

Výskum, ktorý vyšiel v časopise The Astrophysical Journal Letters, prináša vysvetlenie. Problém nemusí spočívať len v tom, že Slnko postupne stratí hmotnosť a jeho gravitačný vplyv zoslabne. Dôležitú úlohu môžu zohrať aj náhle a nepravidelné výrony hmoty, ktoré zmenia pohyb samotného Slnka. Ich malé účinky sa môžu časom sčítať a narušiť obežné dráhy obrovských planét.

Výsledky simulácií naznačujú, že v mnohých prípadoch slnečná sústava stratí svoju dnešnú podobu oveľa skôr, než sa z pôvodných výpočtov zdalo.

Slnko sa do pár miliárd rokov zmení na nepoznanie

Slnko má pred sebou ešte niekoľko miliárd rokov. Keď sa mu minie palivo potrebné na udržanie súčasného stavu, vtedy začne svoju premenu. Najprv sa premení na červeného obra, pričom jeho vonkajšie vrstvy sa rozšíria do obrovských rozmerov. Neskôr odhodí veľkú časť svojej hmoty a zostane po ňom biely trpaslík, hustý, horúci pozostatok pôvodnej hviezdy.

Doterajšie modely predpokladali, že Slnko stratí hmotnosť postupne a plynulo. Takýto proces postupne oslabí jeho gravitačné pôsobenie, a preto sa obežné dráhy planét vzdialia. Vedci sa domnievali, že vonkajšie planéty by si napriek tomu mohli zachovať stabilitu ešte stovky miliárd rokov, prípadne aj dlhšie.

Súvisí s tým

Zem asi prežije smrť Slnka. S nami to však také ružové nebude, vedci ukázali, aký osud nás čaká

Nová štúdia však spochybňuje predpoklad, že Slnko príde o svoju hmotnosť rovnomerne. Výskumníci Konstantin Batygin a Jim Fuller z Caltechu spolu s Fredom Adamsom z Michiganskej univerzity dospeli k záveru, že strata hmotnosti môže prebiehať v tisícoch samostatných, nepravidelných udalostí.

„Prekvapenie nastane vtedy, keď plynulý proces nahradia jednotlivé udalosti. Keď rozdelíme stratu hmotnosti na samostatné výrony, celý obraz sa zásadne zmení,“ vysvetlil Konstantin Batygin.

Každý takýto výron môže Slnku udeliť malý impulz a nepatrne zmeniť jeho rýchlosť. Tieto zmeny sa môžu postupne nabaľovať a následne viesť k väčším zmenám.

Vedci pri výskume využili údaje z vesmírneho observatória Gaia Európskej vesmírnej agentúry. Hoci už observatórium ukončilo svoju vedeckú misiu, jeho merania hviezdnych dvojíc poskytli výskumníkom dôležité údaje. Zamerali sa na iné sústavy, v ktorých sa nachádzajú bieli trpaslíci, teda sústavy, ktoré istým spôsobom pripomínajú budúcnosť tej našej.

Výskumníci simulovali premenu našej Slnečnej sústavy

Na základe týchto údajov vedci pripravili simulácie budúceho vývoja slnečnej sústavy. V jednom z použitých modelov každý výron odhodí približne jednu desaťtisícinu hmotnosti Slnka, čo zodpovedá asi 33 hmotnostiam Zeme. Takýchto udalostí by mohlo nastať približne 4 600 a každá by zmenila rýchlosť Slnka asi o sedem metrov za sekundu.

Samotná zmena sa môže zdať zanedbateľná. Problém však spočíva v tom, že výrony neprebehnú rovnomerne ani dokonale symetricky. Ich účinky sa preto nemusia navzájom vyrušiť. Namiesto toho môžu postupne zmeniť gravitačné pomery v celej sústave.

Vedci preskúmali takmer 700 simulácií, pričom podrobnejšie sa zamerali na 48 scenárov s realistickejšími hodnotami straty hmotnosti počas záverečných fáz života Slnka.

Výsledky ukázali, že naša sústava nemusí byť až taká stabilná, ako sme spočiatku predpokladali. V 37 zo 48 podrobne skúmaných scenárov, teda približne v 77 percentách prípadov, sa obežné dráhy vonkajších planét začali nečakane pretínať ešte predtým, než Slnko odhodilo všetky svoje vonkajšie vrstvy. V najskorších scenároch sa problémy objavili už po strate približne desiatich percent jeho hmotnosti.

Najväčšie zmeny sa týkajú štyroch obrovských planét, teda Jupitera, Saturnu, Uránu a Neptúna. Ich súčasné obežné dráhy od seba delia značné vzdialenosti, no zmena gravitačných pomerov môže túto rovnováhu narušiť.

Aspoň jedna obria planéta podľa simulácií unikne preč

Podľa simulácií si Urán a Neptún môžu vymeniť svoje súčasné pozície. V niektorých scenároch sa dokonca ich dráhy dostanú dovnútra oblasti, ktorú dnes obieha Jupiter. Takéto priblíženia môžu vyvolať ďalšie gravitačné poruchy a poslať planéty na úplne odlišné dráhy.

Saturn by mohol podľa simulácií dopadnúť ešte horšie. Niektoré totiž naznačili, že by mohol zo slnečnej sústavy úplne uniknúť. V takom prípade by sa z neho stala takzvaná voľne putujúca planéta, ktorá neobieha okolo žiadnej hviezdy.

„V deviatich z desiatich našich simulácií sa aspoň jedna obria planéta dostane do medzihviezdneho priestoru,“ vysvetlil Batygin.

Takýto scenár nie je v galaxii neznámy. Astronómovia už skúmajú voľne putujúce planéty, ktoré sa pohybujú vesmírom bez materskej hviezdy. Nový výskum naznačuje, že jedným zo zdrojov takýchto objektov môžu byť práve starnúce hviezdne systémy, v ktorých zmeny gravitačných pomerov vyhodia planéty z ich pôvodných dráh.

V približne 40 percentách skúmaných projekcií skončila vonkajšia slnečná sústava v stave výrazného chaosu už v čase, keď sa Slnko premenilo na bieleho trpaslíka. V deviatich z desiatich simulácií pritom do troch miliárd rokov po tejto premene unikla do medzihviezdneho priestoru aspoň jedna obria planéta.

Po smrti Slnka sa rozpadne aspoň časť slnečnej sústavy

To znamená, že k zásadnému narušeniu súčasnej podoby slnečnej sústavy môže dôjsť za menej než desať miliárd rokov od dneška. Podľa autorov výskumu ide o približne stokrát kratší čas, než naznačovali staršie odhady dlhodobej stability vonkajších planét.

Dôležité však je, že nejde o presnú predpoveď budúcnosti. Výskumníci pracovali s počítačovými modelmi, ktoré skúmali rôzne možné scenáre. Zatiaľ nedokážu s úplnou presnosťou povedať, ako budú solárne výrony hmoty prebiehať, ani ako to ovplyvní pohyb Slnka a planét v rámci sústavy.

Štúdia predovšetkým upozorňuje na mechanizmus, ktorý staršie modely nemuseli dostatočne zohľadniť. Ak hviezda stráca hmotnosť v nepravidelných výronoch, jej pohyb a gravitačný vplyv sa môžu tak isto meniť nepredvídateľným spôsobom.

Výskum tak môže zmeniť aj pohľad na osud ďalších planetárnych systémov. Podľa Batygina približne 97 percent hviezd končí svoj život podobným spôsobom ako naše Slnko. Ak sú niektoré planetárne sústavy citlivejšie na gravitačné zmeny, ich planéty môžu po smrti materskej hviezdy čeliť podobným problémom.