Каждая десятая звезда съела Юпитер... или больше

В космосе со звездами постоянно происходят катаклизмы. Одни взрываются в виде сверхновых, другие разрываются на части черными дырами, третьих постигает другая участь. Но когда дело доходит до планет, звезды меняются местами. Тогда именно звезды становятся причиной разрушения.

Расширяющиеся красные гигантские звезды поглощают и уничтожают планеты, которые оказываются слишком близко, и новое исследование позволяет глубже взглянуть на процесс поглощения звезд.

Звезды, подобные нашему Солнцу, со временем становятся красными гигантами. Благодаря ядерному синтезу они преобразуют массу в энергию. За время своей жизни они теряют так много массы и энергии, что в конце концов расширяются и становятся красными. Для планет, которые находятся слишком близко к этим раздутым сферам, это означает конец. В конце концов, они будут поглощены и полностью уничтожены.

Процесс поглощения планет изучался много раз, и в новом исследовании было подсчитано, что каждая десятая эволюционировавшая звезда в Млечном Пути поглотит планету с массой Юпитера.

Исследование называется "Поглощение планет-гигантов эволюционировавшими гигантскими звездами: кривые блеска, астеросейсмология и выживаемость". Первый автор - Кристофер ОКоннор. ОКоннор - аспирант кафедры астрономии Корнельского университета. Исследование еще не прошло рецензирование.

Исследование посвящено двум типам эволюционировавших звезд, которые тесно связаны между собой: звезды с красной гигантской ветвью (RGB) и звезды с асимптотической гигантской ветвью (AGB). Эти два типа очень похожи, и на самом деле звезды RGB могут превращаться в звезды AGB. Термин "эволюционировавшая звезда" достаточно описателен, чтобы охватить и те, и другие, и в данной работе важно то, что и RGB-звезды, и AGB-звезды покинули главную последовательность.

По мере потери массы эти эволюционировавшие звезды расширяются, и на этом этапе любые планеты, находящиеся в непосредственной близости от них, оказываются в опасности. Конвективная оболочка звезды раздувается и захватывает планету. Это создает сопротивление, которое заставляет планету закручиваться по спирали внутрь к звезде. Астрономы знают об этом, и в данной работе авторы изучили частоту таких событий и реакцию звезд.

Они описывают звезду, подобную Солнцу, как звезду с массой от 1 до 2 солнечных масс. Около 10% таких звезд поглотят планету с массой от 1 до 10 масс Юпитера. При таких соотношениях масс вращение по спирали займет от 10 до 100 лет или от 100 до 1000 орбит.

Для определения этих диапазонов и реакции звезды исследователи использовали программное обеспечение для астрономии с открытым исходным кодом под названием MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). "Мы используем программный инструмент Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA) для отслеживания реакции звезды на выпадение энергии при одновременной эволюции планетарной орбиты", - объясняют они. MESA показала, как разные эволюционировавшие звезды реагировали на поглощение планет с разной массой.

В то время как многие астрофизические события происходят в течение тысяч, миллионов или даже сотен миллионов лет, поглощение планет - это гораздо более быстрый процесс. Но прежде чем планета и звезда вступят в контакт, две вещи притягивают их друг к другу: звездное расширение и распад орбиты. 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". На этом этапе процесса сопротивление звездной короны и звездного ветра минимально.

Как только звезда и планета начинают контактировать друг с другом, все меняется. Приливное трение отходит на второй план, уступая место силам сопротивления. Авторы называют это "пасущейся" фазой. "Гидродинамическое взаимодействие звезды и планеты на стадии "пастьбы" является сложным и трехмерным", - пишут они. Сложности в пасущей фазе могут включать такие явления, как выброс вещества из звезды и оптические и рентгеновские переходные процессы, вызванные ударами. Но в данном исследовании эти явления пока оставлены в стороне. "Мы сосредоточились на

более поздней "инспиральной" фазе поглощения, когда планета полностью погружена в оболочку", - пишут авторы.

Когда планета находится в инспиральной фазе, она отдает тепло звезде. Последняя часть этой фазы называется поздней инспиральной фазой, и тепло, добавляемое к звезде во время этой фазы, в значительной степени ответственно за реакцию звезды. Масса планеты является определяющим фактором в том, сколько тепла выделяется.

В результате поглощения звездная оболочка расширяется и сжимается, хотя и не монотонно. Оболочка данной массы может расширяться и сжиматься несколько раз в течение события. Исследователи говорят, что планету можно представить как локальный источник тепла в оболочке, и этот источник движется к центру звезды. Это движение и другие свойства звезды приводят к разнообразным расширениям и сжатиям.

Это исследование согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что поглощение планеты приводит к оптическим и инфракрасным всплескам светимости. Мощность и продолжительность этих всплесков в основном определяются массой планеты и звезды, хотя могут играть роль и другие факторы, такие как вращение. Исследователи обнаружили, что для всех RGB-звезд, а также для AGB-звезд, поглощающих планеты массой до пяти Юпитеров, звезда становится значительно ярче всего за несколько лет.

Общие результаты исследования показывают, что для обоих типов эволюционировавших звезд, поглощающих планету с низкой массой, до трех масс Юпитера, изменения в звездной структуре незначительны или умеренны. Яркость звезды увеличивается на одну величину всего за несколько лет. У более ярких звезд может наблюдаться двойной пик.

Для звезд, находящихся на поздних стадиях AGB, поглощенная планета может вызвать серьезные нарушения во внешних слоях звезды. Это может вызвать сверхзвуковое расширение внешних слоев звезды. В этом случае звезды могут напоминать светящиеся красные новые (LRN), поскольку они производят яркие, красные, пылевые извержения.

Независимо от типа звезды, массы планеты и того, как звезда реагирует на поглощение, судьба планеты всегда одинакова: 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 ничего чрезвычайно разрушительного, Юпитер будет недосягаем. Вместо этого внутренним каменистым планетам грозит поглощение.

Это исследование основано на моделировании, а не на наблюдениях, но моделирование может помочь астрономам определить реальное явление, когда оно произойдет. Захваты - это переходные явления, а некоторые существующие и будущие телескопы и обсерватории полностью сосредоточены на переходных явлениях и астрономии во временной области. Когда обсерватория Веры Рубин начнет работу в августе 2024 года, она будет наблюдать множество переходных событий, некоторые из которых будут эволюционировавшими звездами, поглощающими планеты массы Юпитера.

Результаты данного исследования могут помочь обнаружить их.

источник: