圍繞這顆類太陽恒星的三顆行星注定要毀滅 _太陽

一顆遙遠的類太陽恒星將離開主序，結(jié)束它的聚變生命。然后它會膨脹成一顆紅巨星，徹底摧毀它的四顆行星。鳴謝:fsgregs知識共享署名-共享3.0未發(fā)布
據(jù)今日宇宙（埃文·高夫）：根據(jù)新的研究，我們可以開始為距離我們大約57光年的一顆類日恒星周圍的四顆系外行星寫悼詞了。但是不要著急。在恒星變成紅巨星并開始吞噬它們之前，我們大約有10億年的時間。
這顆恒星是Rho Coronae Borealis，是一顆像我們太陽一樣的黃矮星。它位于北極光星座，質(zhì)量、半徑和亮度幾乎與太陽相同。但是太陽的年齡大約是50億歲，RCB是它的兩倍，這意味著它的紅巨星階段正在逼近，至少從天體物理學的角度來看是這樣。
一篇發(fā)表在arXiv預印本服務器上并被《天體物理學雜志》接受發(fā)表的新論文介紹了這些結(jié)果，并提出了一些問題，即當恒星變成紅巨星時，恒星可居住帶中的系外行星會發(fā)生什么變化。這篇論文的標題是“Rho CrB系統(tǒng)內(nèi)的行星吞沒預測” ，唯一的作者是來自加州大學河濱分校地球和行星科學系的Stephen R. Kane 。
凱恩寫道:“主序后的恒星演化可能會導致行星系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)生戲劇性的，有時是創(chuàng)傷性的變化，例如行星的潮汐破裂和宿主恒星的吞沒。”Kane說，Rho Coronae Borealis既古老又明亮，這使得它成為“……高級主序列進化的一個特別有趣的例子” 。不僅因為它與太陽相似，易于觀測，還因為它擁有四顆系外行星。
Kane使用恒星演化模型試圖確定Borealis的未來，以及它的行星的未來。在1到15億年后，這顆恒星將離開主序，成為一顆紅巨星。紅巨星可以膨脹到史詩般的比例，有些可以膨脹到直徑10億公里。當我們的太陽在幾十億年后變成一個時，它膨脹的形式可能會吞噬或至少摧毀所有的內(nèi)行星。
Rho CrB也不例外。
它有四個已知的系外行星，名為Rho Coronae Borealis b、c、d和e 。它們是按照發(fā)現(xiàn)的順序命名的，而不是距離恒星的距離。最危險的三顆行星是e、b和c，它們是離恒星最近的行星。
這四顆行星的質(zhì)量從超級地球到類木行星不等。它們都比地球到太陽更靠近恒星，最里面的兩顆行星比水星到太陽更靠近它們的恒星。它們被緊緊包裹在內(nèi)太陽系中，這就是它們的末日。
研究表明，e、b和c的情況最差。Rho CrB完全可以吞沒這三顆行星。
行星被膨脹的恒星吞噬會有不同的結(jié)果，這取決于系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 。行星可能需要幾十年的時間才能盤旋著靠近恒星。在途中，它們會被蒸發(fā)掉。當它們達到羅氏極限時，也可能被潮汐破壞所摧毀。在這種情況下，它們增加了恒星的體積，幫助它膨脹得更厲害。
根據(jù)一些研究，對于3到5天文單位的亞木星質(zhì)量的行星，它們的命運是確定的。無處可逃。但對其他人來說，盡管處境艱難，可能還是有出路的。
有時，科學模型顯示，隨著恒星膨脹，行星開始以不同的方式相互引力作用。隨著恒星的膨脹，它也在不斷融合物質(zhì)的同時失去質(zhì)量。這在系統(tǒng)中產(chǎn)生了潮汐效應，在某些情況下，它可以驅(qū)動行星進入平均運動共振，也可以驅(qū)動它們遠離恒星。所以，有一條潛在的逃跑路線。不過，很難提前確定到底會發(fā)生什么。

這張研究圖顯示了Rho CrB系統(tǒng)及其四顆行星。樂觀宜居帶的內(nèi)部邊緣顯示為綠色，就在最外行星d的軌道之外
但如果一些確實存活了下來，研究人員認為它們可以存活下來，因為恒星會將紅巨星分支(RGB)留在身后。當恒星進入漸近巨分支(AGB)階段時，它們甚至可能存活下來。AGB階段類似于RGB階段，但是RGB恒星在其內(nèi)核和外殼中具有略微不同的化學成分。但是恒星的細節(jié)對行星的命運并不重要。
對于一些行星來說，有一個可能的逃離路線，但是同樣的潮汐相互作用可以拯救一個行星，也可以對它不利。相互作用也能驅(qū)使一顆行星向內(nèi)靠近恒星，導致更早的死亡。研究人員正通過觀察離開主序的恒星，積極地試圖理解所有這些過程。
為了了解Rho CrB系統(tǒng)中可能發(fā)生的事情，凱恩繪制了這顆恒星未來的質(zhì)量、光度和半徑。
凱恩還繪制了這顆恒星將經(jīng)歷的變化以及四顆系外行星的位置。這讓行星面臨的危險暴露無遺。
那么當涉及到Rho CrB及其行星的細節(jié)時，模型和模擬能提供多少細節(jié)呢？
“雖然所有的行星都將進入Rho CrB的恒星大氣，但它們各自的預測差異很大，”凱恩解釋道。
最里面的行星e可能是類地行星。它將是第一個消失的，當恒星深深吞沒它時，它可能會蒸發(fā)掉。它的消亡可能會很快。
行星b是四顆行星中質(zhì)量最大的，幾乎是地球的350倍。它比木星質(zhì)量更大，當它進入恒星膨脹的大氣層時，阻力會使它呈螺旋狀。它的命運是潮汐瓦解，因為它根本無法抓住自己。
b星球的命運會影響c星球的命運。如果行星b的物質(zhì)使恒星膨脹得足夠大，這可能會加速行星c被吞沒而滅亡。同樣的恒星膨脹和徑向膨脹也可能會加速行星d被吞沒而滅亡，這一切都發(fā)生在恒星離開RGB階段之前。
行星c和d的質(zhì)量都和海王星差不多，當它們盤旋著飛向恒星時，很可能會因蒸發(fā)而失去質(zhì)量。
不幸的是，模型沒有考慮軌道動力學。但是有可能有一個星球可以逃脫所有這些混亂。d星球是唯一有機會逃脫的星球。“我們的模型進一步?jīng)]有包括軌道動力學的影響，這有可能導致行星d進一步向外遷移，并可能逃脫吞沒，”凱恩寫道。如果是的話，它有機會存活更長時間，可能是在一個新建立的可居住區(qū) 。
那是可能的，但在這種情況下不太可能。“由于Rho CrB的內(nèi)部行星在AGB階段之前被吞沒，軌道動力學不太可能在恒星質(zhì)量損失期間和之后在系統(tǒng)中發(fā)揮主要作用，”他寫道。

該圖顯示了Rho CrB將如何隨時間變化。虛線代表恒星的當前年齡，灰色區(qū)域代表年齡的不確定性。頂部面板顯示質(zhì)量，中間面板顯示半徑，底部面板顯示恒星過渡到RGB、水平分支和AGB時的光度。鳴謝:凱恩2023
沒有辦法確切知道在這個系統(tǒng)中會發(fā)生什么。但是天體物理學家正忙于觀察其他太陽系尋找線索。到目前為止，沒有太多可觀察到的吞沒證據(jù) ，但這并不意味著它沒有發(fā)生。
“到目前為止，行星吞沒信號的觀測證據(jù)仍然相對稀少，這表明要么吞沒場景比預期的更罕見，要么信號檢測比預期的更具挑戰(zhàn)性， ”論文指出。
目前， Rho CrB的具體細節(jié)可能超出了我們的觀測范圍或模擬和模型的范圍。但是不可否認潛在的災難性后果。
凱恩寫道:“恒星在主序上的演化，膨脹成一顆巨星，然后最終收縮成一顆白矮星，對軌道行星有著深遠的影響。”“鑒于四顆已知行星的質(zhì)量和半長軸，我們預測行星e將在恒星大氣中蒸發(fā) ，行星b將螺旋上升并受到潮汐干擾，可能會進一步膨脹恒星，行星c將在恒星大氣中蒸發(fā) 。”
d星球的命運不太確定，但它也可能被毀滅。它可能會在AGB階段結(jié)束時在恒星內(nèi)部蒸發(fā) 。
可能在可居住帶內(nèi)還有其他行星沒有被探測到。如果有的話，在RGB/AGB階段，它們可以在HZ內(nèi)部邊緣的恒星演化中幸存下來。但在那之后，這顆恒星將會是一顆白矮星。這些行星，如果存在的話，將會在那時遠離新的HZ 。
要了解當太陽系的恒星離開主序時會發(fā)生什么，部分原因在于對它們的行星數(shù)量有一個準確的了解。遙遠軌道上的巨行星可以影響內(nèi)系統(tǒng)行星的命運，潛在地改變它們的軌道，并將其移動到更安全的距離。
這些類型的行星很難用凌日法探測到，但是未來改進的徑向速度測量可以發(fā)現(xiàn)更多的行星。
這項研究特別有趣，因為我們的太陽將變成紅巨星，最終變成白矮星。我們的家會怎么樣？
不得而知，地球危在旦夕。它可能被摧毀，也可能進一步向外遷移。無論哪種方式，我們的太陽系將永遠不會看起來一樣。
幸運的是，這在未來太遙遠了，對我們來說只是一種好奇。