У Солнечной системы новый срок жизни — и он в миллиард раз короче

Исаак Ньютон подозревал, что гравитационный танец между Солнцем и Юпитером в конечном итоге дестабилизирует Солнечную систему. Но современные компьютерные исследования показали, что её долгосрочная стабильность статистически довольно надёжна. Однако новые симуляции с более реалистичными условиями потери солнечной массы дают веские основания полагать, что внешняя Солнечная система распадётся — и на временных масштабах, гораздо более коротких, чем считалось ранее.

Небольшое повышение ставок

Несколько исследований изучали, что произойдёт с орбитами планет Солнечной системы, когда Солнце сбросит свою массу при переходе в белый карлик. Эти исследования обнаружили, что, хотя большие полуоси планет расширятся примерно в 2 раза, их орбиты останутся стабильными на временных масштабах, превышающих возраст Вселенной (примерно 10^18 лет). Эта расширенная орбитальная архитектура сделает Солнечную систему более подверженной толчкам от пролетающих звёзд, но даже с учётом этого орбиты планет-гигантов не распадались бы ещё 30–100 миллиардов лет.

Однако все эти исследования моделировали потерю солнечной массы как плавную функцию, поэтому разрушение Солнечной системы оставалось на совести внешних воздействий. В реальности звёзды на ветви красных гигантов претерпевают выбросы массы, случайные по времени и направлению, что соответствует скоростным «толчкам», способным изменить динамику планет.

Команда под руководством Константина Батыгина из Калифорнийского технологического института провела численные эксперименты для анализа орбитальной динамики внешней Солнечной системы при различных условиях потери солнечной массы. Сначала они проверили классический случай плавной потери массы и подтвердили предыдущие выводы: несмотря на удвоение размеров планетных орбит, динамика остаётся довольно спокойной. Это справедливо даже при анизотропном выбросе массы: если время плавное, асимметрии компенсируются.

Внешняя Солнечная система, твои дни сочтены

Затем они смоделировали стохастические толчки и обнаружили, что поведение внешних планет в значительной степени связано с массой выброса каждого толчка. Для очень малых масс выброса (≤ 10^-7 M☉) динамика имитирует случай плавной потери массы. Для промежуточных значений (10^-7 до 10^-6 M☉) существует примерно 20%-ная вероятность, что Юпитер–Сатурн и Уран–Нептун войдут в резонансы среднего движения: орбитальная конфигурация, где периоды планет соотносятся как малые целые числа. Однако эти резонансные конфигурации не защищают планеты-гиганты: резонансные симуляции распадаются немного чаще, чем нерезонансные. Для больших масс выброса (≥ 10^-5 M☉) внешняя Солнечная система распадается на временном масштабе миллиардов лет.

Какие массы выброса наиболее точны для нашего Солнца? Что ж, к сожалению для наших любимых внешних планет, модели выбросов и наблюдаемые амплитуды толчков предполагают будущую массу выброса 10^-4 M☉. С такими толчками не только существует значительная вероятность дестабилизации орбит, но это может произойти ещё до образования белого карлика. Около 40% симуляций приводят к разрушению или насильственному рассеянию, пока Солнце находится в фазе красного гиганта, и примерно 90% разрушаются в течение 3 миллиардов лет.

Это новое открытие сокращает ожидаемую продолжительность жизни Солнечной системы с одного миллиарда миллиардов лет до скромного одного миллиарда лет после образования белого карлика.