В космосе со звездами постоянно происходят катаклизмы. Одни взрываются как сверхновые, другие разрываются на части черными дырами, а третьих ждет иная судьба. Но когда дело доходит до планет... Расширяющиеся красные звезды-гиганты поглощают и уничтожают планеты, которые подходят слишком близко, и новое исследование более глубоко изучает процесс звездного поглощения. Звезды, подобные нашему Солнцу, со временем станут красными гигантами. Путем ядерного синтеза они преобразуют массу в энергию (E=mc2, верно?) За время своей жизни они теряют столько массы, сколько энергии, что в конце концов расширяются и становятся красными. Для планет, которые находятся слишком близко к этим набухшим сферам, это означает конец. В конце концов они поглощены и полностью уничтожены. Много исследований было посвящено процессу поглощения планет, и новое исследование подсчитало, что каждая десятая эволюционировавшая звезда в Млечном Пути поглотит планеты с массой Юпитера.
Исследование называется «Поглощение гигантских планет эволюционировавшими гигантскими звездами: кривые блеска, астеросейсмология и выживаемость». Первый автор - Кристофер О'Коннор. О'Коннор - доктор философии. студент факультета астрономии Корнельского университета. Исследование еще не рецензировалось и доступно на сервере arXiv. Исследование сосредоточено на двух типах эволюционировавших звезд, которые тесно связаны между собой: звезды ветви красных гигантов (RGB) и звезды асимптотической ветви гигантов (AGB). Они похожи, и на самом деле звезды RGB могут стать звездами AGB. Термин «эволюционировавшая звезда» является достаточно описательным, чтобы охватить и то, и другое, и в этой работе важно то, что звезды RGB и звезды AGB покинули главную последовательность. По мере того, как эти эволюционировавшие звезды теряют массу, они расширяются, и на этом этапе любые планеты в непосредственной близости находятся в опасности. Конвективная оболочка звезды вздувается и захватывает планету. Это создает сопротивление, которое заставляет планету двигаться по спирали внутрь звезды. Астрономы это знают, и в этой работе авторы исследовали частоту этих событий и то, как на них реагируют звезды.
Они описывают солнцеподобную звезду как звезду с массой от 1 до 2 солнечных. Около 10% этих звезд поглотят планеты с массой от 1 до 10 масс Юпитера. Для этих массовых соотношений ин-спираль займет от 10 до 100 лет или от 100 до 1000 витков. Чтобы определить эти диапазоны и то, как звезда реагирует, исследователи использовали программный инструмент для астрономии с открытым исходным кодом под названием MESA (Модули для экспериментов в звездной астрофизике). реакция на выделение энергии при одновременном развитии планетарной орбиты», — объясняют они. MESA показал, как разные эволюционировавшие звезды реагировали на поглощение планет с разной массой. В то время как многие астрофизические события разыгрываются в течение тысяч, миллионов или даже сотен миллионов лет, планетарное поглощение — гораздо более быстрый процесс. Но прежде чем планета и звезда вступят в контакт, их сближают две вещи: звездное расширение и орбитальный распад. Это первая фаза поглощения, когда приливное трение вызывает распад орбиты планеты. Авторы объясняют, что приливное трение «скорее всего связано с турбулентной диссипацией в конвективной оболочке звезды». В этот момент процесса сопротивление звездной короне и звездному ветру минимально.
Как только звезда и планета начинают соприкасаться друг с другом, все меняется. Приливное трение уступает силам сопротивления. Авторы называют это фазой «выпаса». «Скользящее» гидродинамическое взаимодействие звезды и планеты является сложным и трехмерным», — пишут они. Сложности на фазе скольжения могут включать такие явления, как выброс вещества из звезды, а также оптические и рентгеновские переходные процессы, вызванные ударами. Но это исследование пока оставляет эти явления в стороне. «Мы фокусируемся на более поздней «спиральной» фазе поглощения, когда планета полностью погружается в оболочку», — пишут они. Когда планета находится в фазе вдоха, она отдает тепло звезде. Последняя часть этой фазы называется фазой позднего вдоха, и тепло, добавляемое к звезде во время этой фазы, в значительной степени отвечает за реакцию звезды. Масса планеты является определяющим фактором в том, сколько тепла выделяется.
Поглощения заставляют звездную оболочку расширяться и сжиматься, хотя и не монотонно. Данная массовая оболочка может многократно расширяться и сжиматься во время события. Исследователи говорят, что планету можно визуализировать как локальный источник тепла в оболочке, и этот источник движется к центру звезды. Это движение и другие свойства звезды вызывают различные расширения и сжатия. Это исследование согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что поглощение планеты приводит к оптическим и инфракрасным всплескам светимости. Мощность и продолжительность этих всплесков во многом определяются массой планеты и звезды, хотя могут играть роль и другие факторы, такие как вращение. Исследователи обнаружили, что для всех звезд RGB и для звезд AGB, поглощающих планеты до пяти масс Юпитера, звезда значительно становится ярче всего за несколько лет.
Общие результаты исследователей показывают, что для обоих типов эволюционировавших звезд, поглощающих планету на нижней стороне диапазона, до трех масс Юпитера, изменения в звездной структуре варьируются от умеренных до умеренных. Яркость звезды увеличивается на одну звездную величину всего за несколько лет. Более яркие звезды могут иметь двойной пик. Для звезд на более поздних стадиях AGB поглощенная планета может вызвать серьезное возмущение во внешних слоях звезды. Это может вызвать сверхзвуковое расширение внешних слоев звезды. В этом случае звезды могут напоминать светящиеся красные новые звезды (LRN), поскольку они производят яркие красные пылевые извержения. Независимо от типа звезды, массы планеты и того, как звезда реагирует на поглощение, судьба планеты всегда одна и та же: приливное разрушение. Это исследование имеет ограниченную применимость к нашей Солнечной системе. Наше Солнце станет красным гигантом через несколько миллиардов лет, но если до этого не произойдет что-то чрезвычайно разрушительное, Юпитер будет вне досягаемости. Вместо этого внутренние каменистые планеты сталкиваются с поглощением.
Это исследование основано на симуляциях, а не на наблюдениях, но симуляции могут помочь астрономам определить, что происходит на самом деле. Поглощения — это временные явления, и некоторые существующие и будущие телескопы и обсерватории полностью сосредоточены на переходных процессах и астрономии во временной области. Когда обсерватория Веры Рубин заработает примерно в августе 2024 года, она обнаружит множество переходных событий, некоторые из которых будут связаны с поглощением планет с массой Юпитера эволюционировавшими звездами. Результаты этого исследования могут помочь обнаружить их.
