如果一顆流氓恒星靠得太近，地球會發生什么？ _恒星

在這張斯皮策照片中，超速的流氓星卡帕仙后座形成了一個發光的弓形激波。鳴謝:美國國家航空航天局/JPL加州理工學院
據《今日宇宙》（埃文·高夫）：恒星被引力束縛在它們的星系中，并隨著它們周圍的環境一起運動。但有時，有些事會打破這種聯系。例如，如果一顆恒星離超大質量黑洞太近，黑洞會把它作為一顆游蕩的恒星驅逐到太空中。
如果這些恒星入侵者中的一個靠得太近，地球會發生什么？
這不太可能發生，但可能性也不為零。
幾十億年后，我們的太陽系已經進化成靜止的可預測性。行星在移動的同時也在移動，而太陽則呆呆地坐在它的中間。
但是，如果另一顆恒星靠得太近，保持一切正常運行的無形引力紐帶就會被拉伸或打破。地球是一顆小行星，只有太陽質量的百萬分之三。我們的星球因太陽及其強大的引力而存在，如果另一顆恒星闖入我們整齊的排列，地球將完全受新引力范式的支配。
一篇新論文研究了如果一顆流氓恒星來到距離太陽100天文單位以內會發生什么。論文的標題是“太陽系的未來軌跡:100天文單位內恒星相遇的動力學模擬”它出現在預印服務器arXiv上，并將發表在《皇家天文學會月報》上。主要作者是Sean Raymond ，他是CNRS波爾多天體物理實驗室(國家科學研究中心)和波爾多大學的天文學家。
我們知道太陽系穩定的可預測性不會持久。太陽將繼續演化，在未來的十億年里，會變得更加明亮。地球非常接近可居住帶的內部邊緣。只要稍微靠近太陽一點，讓液態水在地表持續存在的微妙平衡就會被打破。
在同樣的10億年范圍內，大約有1%的機會遇到一顆流氓恒星。如果發生這種情況，地球會發生什么？地球會被推出可居住區嗎？
“地球還有大約10億年的可居住表面條件，”作者寫道。那是在一個封閉的系統中，我們的太陽系大部分都是這樣。“雖然行星的軌道演化很大程度上是由長期和共振的擾動決定的，”作者解釋說， “經過的恒星會對行星的軌道產生重大影響。"
如果一顆路過的恒星靠近了，那么我們的太陽系就不再是一個封閉的系統。
大多數流氓恒星，也被稱為星系間恒星或超高速恒星，因為它們的軌道會帶它們離開銀河系，不會靠近地球。例如，卡帕仙后座距離我們4000光年，永遠不會靠近。其他的，比如范德比爾特大學的天文學家在2012年發現的675顆流氓恒星，在與銀河系的超大質量黑洞糾纏后被驅逐，它們的軌跡沒有把它們帶到地球附近。
即使在銀河系，空間也大多是空的，大多數恒星飛越永遠不會接近另一個太陽系。研究人員解釋說:“從統計數據來看，在當前的銀河系附近，大約每100個Gyr才會發生一次距離小于100 au的飛越，這將強烈影響行星的軌道。”
雖然可能性很?。故怯鋅贍艿?。當你把銀河系作為一個整體來看時，幾乎可以肯定的是，在銀河系的某個地方，一顆恒星將會在另一顆恒星的100天文單位范圍內飛過。如果那顆星是我們的太陽，地球會怎么樣？
該小組進行了N體模擬，試圖確定地球的潛在后果。他們從太陽系的八顆行星開始，增加了一顆流氓星。他們將模擬的流氓恒星的質量與我們恒星附近的恒星質量進行了匹配。他們還將流氓恒星的速度與鄰居進行了匹配。他們模擬了恒星的不同速度和軌跡，以觀察地球的結果范圍。研究人員總共進行了12000次模擬。
“如果一顆恒星在距離太陽100天文單位的范圍內經過，那么所有八顆太陽系行星都有很大的機會存活下來，”作者寫道。有超過95%的可能性沒有行星會消失。
飛掠造成的角動量赤字(AMD)在很大程度上決定了接下來會發生什么。AMD是對行星系統軌道激勵及其長期穩定性的一種度量。根據這個定義，它是“一個理想化的系統和真實系統的相同行星在圓形和平面軌道上繞著相同的半長軸運行，以及真實行星系統的角動量的規范”之間的差異。
但是，當我們太陽系的一顆行星丟失時，會是什么樣子呢？
模擬產生了不同的結果。水星是最脆弱的，當它與太陽相撞時，有時會丟失。其他結果包括地球與金星相撞，冰巨人天王星和海王星的噴射，只有地球和木星幸存，或者只有木星幸存。在一個世界末日的結局中，所有八顆行星都被驅逐。
其他結果沒有那么引人注目。所有八顆行星都沒有受到干擾，所有八顆行星都受到輕微干擾，或者所有八顆行星都受到高度干擾。
雖然在大多數模擬中，所有八個行星都幸存了下來，但是幸存可能意味著不同的事情。即使它們留在太陽系中，仍然受太陽引力的束縛，它們的軌道也會被打亂。有些甚至可以被推入奧爾特云。
研究人員還列出了行星毀滅的十種最有可能的結果。他們寫道:“我們確定了行星可能消失的最常見途徑，記住如果一顆恒星在100天文單位內經過，有大于或等于95%的機會不會失去行星。”
水星與太陽相撞(概率2.54%) 。火星與太陽相撞(1.21%) 。金星撞擊另一顆行星(1.17%) 。天王星被彈出(1.06%) 。海王星被彈出(0.81%) 。水星撞擊另一顆行星(0.80%) 。地球撞擊另一顆行星(0.48%) 。土星被彈出(0.32%) 。火星撞擊另一顆行星(0.27%) 。地球與太陽相撞(0.24%) 。
當談到被噴射的行星時，天王星和海王星面臨著最糟糕的情況。這并不奇怪，因為它們離太陽最遠，受引力的束縛也最弱。同樣不足為奇的是，水星與太陽相撞的幾率最高。作為質量最小的行星，它面臨著由于恒星飛越而產生擾動的更大風險。
當談到地球時，有各種各樣的潛在結果。在上面的列表中，地球有0.48 %的幾率與另一顆行星相撞。但是另一個潛在的命運正等待著地球，這并不令人愉快:被放逐到奧爾特云。
“地球在奧爾特云中的長期生存是沒有保證的，”作者面無表情地說。
模擬的另一個奇特結果值得考慮:地球被路過的恒星捕獲。該模擬中有一顆質量略小于太陽的恒星，以相對較低的速度接近我們的太陽系。正如我們所知，結果是太陽系的毀滅性毀滅。地球拋棄了太陽，帶著這顆恒星跑了，而其他六顆行星撞上了太陽。唯一幸存的行星是木星。這并不奇怪，因為它是最大的行星。
這篇論文展示了廣泛的結果，包括月球撞擊地球，地球和月球都被路過的恒星捕獲，甚至所有的行星及其衛星都被摧毀。但是這一切發生的可能性極低。
但是在這樣的遭遇中，地球保持可居住的可能性有多大呢？如果地球的軌道改變了，那么地球將會變得更暖或更冷。
還有更多潛在的命運。地球可以作為一個流氓星球生存一百萬年左右，直到地表凍結。或者，如果它真的被那顆流氓恒星捕獲了，它會以某種新的方式適合居住。
最終，100 au恒星飛越的幾率微乎其微。模擬顯示，如果真的發生了，目前最有可能的結果是所有八顆行星都幸存下來，盡管它們的軌道與現在略有不同。
“盡管潛在的進化途徑多種多樣，但我們太陽系的現狀不會改變的可能性很高，”作者總結道。