Consumptie en desintegratie.
De volgende keer dat je het leven van het feest wilt zijn - als je rondhangt met coole nerds, dat wil zeggen - laat die zin gewoon in het gesprek vallen. En als ze je vragend aankijken, zeg dan gewoon dat dit het uiteindelijke lot van het zonnestelsel is.
Pas dan je das en neem nog een slokje van je absint .
Op de stroom opgewonden vervolgvragen die ongetwijfeld op uw uitleg zullen volgen, kunt u verder uitleggen dat de zon zelf en de Melkweg de boosdoener zullen zijn. En dan kun je een nieuwe studie noemen.
De studie is getiteld “ De grote ongelijkheid en de dynamische desintegratie van het buitenste zonnestelsel .” De hoofdauteur is Jon Zink, een afgestudeerde student in de afdeling Astronomy and Astrophysics van de UCLA. Het artikel is gepubliceerd in The Astronomical Journal.
Mensen hebben zich lang afgevraagd over het uiteindelijke lot van het zonnestelsel. In de inleiding van hun paper schrijven de auteurs: 'Het begrijpen van de dynamische stabiliteit op lange termijn van het zonnestelsel vormt een van de oudste bezigheden van de astrofysica, die teruggaat tot Newton zelf, die speculeerde dat wederzijdse interacties tussen planeten uiteindelijk het systeem zouden aandrijven onstabiel.” Maar hij kon zichzelf niet verklaren omdat verstoring theorie bestond nog niet.
200 jaar geleden vroeg Newton zich af of interacties tussen de planeten het zonnestelsel uiteindelijk onstabiel zouden maken. Maar droeg hij een das en dronk hij absint? Historici zijn onzeker.Portret van Isaac Newton (1642-1727)Door Godfrey Kneller – http://www.phys.uu.nl/~vgent/astrology/images/newton1689.jpg], publiek domein, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=146431
Newton had in ieder geval gedeeltelijk gelijk. Maar het bepalen van de toekomst van een gecompliceerd systeem als ons zonnestelsel is geen gemakkelijke taak, vooral omdat het een wetenschappelijke prognose vereist van gebeurtenissen die miljarden jaren in beslag nemen.
In deze nieuwe studie hebben de auteurs een groot aantal zogenaamde N-lichaamssimulaties . Ze zijn een veelgebruikt hulpmiddel in de astronomie en astrofysica.N-lichaamsimulaties zijn simulaties van dynamische systemen van op elkaar inwerkende deeltjes, hoewel in dit geval de deeltjes de planeten en de zon zelf zijn.
Over enkele miljarden jaren zal de zon - de spil van het zonnestelsel - drastisch veranderen. Waterstoffusie in de kern zal afnemen en de zon zal de verlaten hoofdreeks . Het zal uitgroeien tot een rode reus , die Mercurius, Venus en waarschijnlijk de aarde omhult. (Het voortbestaan van Mars is onzeker, maar aangezien de massa zo laag is, zal het overleven van Mars niet veel invloed hebben op de grote buitenplaneten.'
Artistieke impressie van de structuur van een zonne-achtige ster en een rode reus, niet op schaal. Afbeelding tegoed: ESO
Je zou je kunnen afvragen: 'Als de aarde eenmaal verdwenen is, wat maakt het dan uit wat er daarna gebeurt? Waarom zou je je druk maken over deze simulaties?” Nou, misschien is de mensheid tegen die tijd verder het zonnestelsel in gemigreerd. Maar of we het nu wel of niet hebben gedaan, we zijn nog steeds gedreven om het lot van het zonnestelsel te kennen.
Dus als de zon uitzet tot een rode reus, zal hij ook massa beginnen te verliezen. In feite zal het waarschijnlijk ongeveer de helft van zijn massa verliezen in de komende 7 miljard jaar of zo. Het massaverlies, dat de banen van de planeten en andere lichamen van het zonnestelsel verankert, zal buitengewoon ontwrichtend zijn.
De uitbreiding van de zon betekent hoogstwaarschijnlijk game-over voor de binnenste rotsachtige planeten. Maar voor alle mensen of hun verre, onherkenbare afstammelingen die zich vastklampen aan het leven in de oceaan van Europa of ergens anders, is het ook game over.
Naarmate de zon evolueert, zal het een rode reuzenster worden, die groter wordt totdat hij de binnenste planeten heeft verzwolgen. Afbeelding tegoed: Roen Kelly
Zonder de massa van de zon om ze door zwaartekracht te verankeren, zullen de buitenste planeten van het zonnestelsel losraken. Als een aristocraat op een vijfdaagse absint-binge, zal hun orbitale gedrag onvoorspelbaar, grillig worden. Ze zullen verder wegdrijven, de ruimte in.
Tot nu toe is dit geen nieuwe kennis. 'Als gevolg van het massaverlies van de zon - dat naar verwachting ongeveer de helft van de massa van de ster zal verwijderen - breiden de banen van de reuzenplaneten uit', schrijven de auteurs. Maar Zink en zijn collega's wilden weten wat er daarna gebeurt. Volgens hun werk zal er voor sommige planeten nog een periode van relatieve stabiliteit zijn.
'Dit adiabatische proces handhaaft de verhoudingen van de omlooptijd, maar de onderlinge interacties tussen planeten en de breedte van de resonanties met gemiddelde beweging (MMR) nemen toe, wat leidt tot het vangen van Jupiter en Saturnus in een stabiele 5:2 resonantieconfiguratie.'
Maar deze uitgebreide banen, samen met andere kenmerken, maken de situatie onhoudbaar. De nieuwe configuratie, die het verankeringseffect van de massa van de zon mist, is vatbaar voor '... verstoringen van stellaire flyby-interacties', schrijven de auteurs. Op dit punt in hun simulaties is onze onherkenbare zon nu een witte dwerg.
'Binnen ongeveer 30 Gyr verstoren stellaire ontmoetingen de planeten op het chaotische subdomein van de 5:2 resonantie, wat een grootschalige instabiliteit teweegbrengt, die culmineert in de uitwerpselen van op één na alle planeten gedurende de daaropvolgende ~ 10 Gyr.'
Deze grafiek laat zien wanneer elke buitenplaneet uit het zonnestelsel wordt geworpen in de 10 simulaties van de auteurs (weergegeven door verschillende kleuren). Afbeelding tegoed: Zink et al. 2020
Wat is de enige planeet die verdrijving zal weerstaan? Hoogstwaarschijnlijk Jupiter, de meest massieve planeet van ons zonnestelsel. Zonder dat er nog metgezellen over zijn, zal Jupiter volgens de studie nog 50 Gyr blijven. Het wordt alleen verwijderd wanneer een stellaire flyby het eindelijk inpakt.
'Met een afwezigheid van extra planeten, mist de overlevende planeet een direct mechanisme om positieve energie te verkrijgen. De enige overgebleven bron van energie-uitwisseling is door interacties met passerende sterren”, schrijven de auteurs in hun paper. En ze berekenen dat er ongeveer elke 20 miljoen jaar een ster langskomt.
Als laatste planeet die overeind blijft, zal de orbitale excentriciteit van Jupiter toenemen. 'Als gevolg hiervan wordt de verwachte tijdschaal voor de uitwerping van de gasreus na instabiliteit met ongeveer een factor twee verkort (vergeleken met de baan van de planeet vóór het begin van de instabiliteit). Dus een eenzame oude Jupiter zal meer vatbaar zijn voor uitwerping door passerende sterren.
Deze laatste foto van Jupiter, gemaakt door de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop op 25 augustus 2020, werd vastgelegd toen de planeet 653 miljoen kilometer van de aarde verwijderd was. Als deze nieuwe studie correct is, zou Jupiter de laatste planeet in het zonnestelsel kunnen zijn. Credit: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), en M. H. Wong (University of California, Berkeley) en het OPAL-team.
Als je je een vluchtgebeurtenis voorstelt in precies de juiste omstandigheden om Jupiter uit te werpen, is dat waarschijnlijk niet helemaal juist. Het lijkt meer op 'dood door duizend sneden'.
'Omdat ontmoetingen langs de lucht zeldzaam zijn (eens per 23 miljoen jaar de 10.000 au sphere binnengaan), en de meeste interacties kleine dynamische effecten zullen hebben op de resterende planeet, kan het proces van uitwerpen in principe gestaag plaatsvinden ...' schrijven Zink en zijn co-auteurs.
Of misschien niet. “Aan de andere kant, als er voldoende tijd is, is het ook mogelijk dat een uiterst nabije ontmoeting de laatste planeet onafhankelijk zal bevrijden. Het onderliggende mechanisme voor het verwijderen van de laatste planeet vertegenwoordigt dus een competitie tussen deze twee processen.”
Deze figuur uit de studie toont de langzame stijging van de excentriciteit en de halve lange as veroorzaakt door herhaalde sterrenvluchten in de loop van de tijd, met een laatste voorbijvlieggebeurtenis waarbij de laatste planeet uit het zonnestelsel wordt weggeslingerd. Afbeelding tegoed: Zink et al, 2020.
Dit is niet eenvoudig te simuleren, vooral omdat het allemaal over miljarden jaren zal gebeuren. Terecht stellen de auteurs een vraag: 'Met andere woorden, zal de laatste planeet worden uitgeworpen door een enkele grote gebeurtenis of door veel kleine energie-uitwisselingen?'
De auteurs maken echter een paar kanttekeningen. Een daarvan betreft het aantal simulaties dat ze hebben uitgevoerd: 10. Ze erkennen dat hun onderzoek geen solide statistisch bewijs oplevert, maar het feit dat elke simulatie vergelijkbare resultaten opleverde, is nog steeds significant. “In alle 10 van onze simulaties worden de vier gasreuzen binnen 10 . uit het zonnestelsel geworpen12jaar, na het einde van het massaverlies van de zon”, schrijven ze.
Een ander voorbehoud betreft de sterren die voorbij vliegen. Ze gemodelleerd flybys van individuele sterren, maar ongeveer de helft van alle sterren bestaat in binaire paren. Het team heeft die ontmoetingen als het ware uitgesloten van hun simulaties. Maar ze waren nog steeds verantwoordelijk voor hen, in het besef dat binaire flybys waarschijnlijk meer storend zouden zijn dan solitaire flybys. “Door ervoor te kiezen deze binaire ontmoetingen uit te sluiten, maken we een conservatieve schatting voor de levensduur van het toekomstige zonnestelsel. Met andere woorden, het effect van het opnemen van binaire flybys zou deze verwachte levensduur verder verkorten.”
Helemaal aan het begin van hun paper stellen de auteurs voor om voorzichtig te zijn met hun eigen resultaten. “Helaas”, schrijven ze, “zelfs de meest preciezeN-lichaamssimulaties kunnen alleen een in de tijd beperkte prognose produceren voor de evolutie van het zonnestelsel. Vanwege de chaotische aard van de planetaire banen, is deterministische voorspelling onmogelijk over voldoende lange tijdschalen.
Natuurlijk zal de Melkweg zelf veel veranderen gedurende deze extreem lange tijdschalen. Hoe zal dat de toekomst van het zonnestelsel beïnvloeden?
Terwijl het zonnestelsel, of wat er nog van over is, door de melkweg migreert, kunnen de vooruitzichten veranderen. 'Gedurende de tijdschalen die in deze studie worden beschouwd, kan het zonnestelsel radiale migratie door de Melkweg ondergaan, waarbij het gebieden tegenkomt met verschillende stellaire dichtheid en snelheidsverspreiding.' Maar dat is bijna niet te modelleren.
Zal het naar buiten of naar binnen migreren? Niemand weet het zeker, en niemand weet zeker of dat betekent dat het overblijfselsysteem minder of meer sterren zal tegenkomen. Maar het ontmoetingspercentage kan drie keer variëren.
De Melkweg zal naar verwachting ook binnen enkele miljarden jaren botsen of samensmelten met het Andromeda-sterrenstelsel. Maar nogmaals, dat is niet eenvoudig te modelleren op het granulaire niveau van individuele zonnestelsels. 'Deze veranderingen hebben invloed op de snelheid en snelheid van ontmoetingen met sterren, maar het nauwkeurig inschatten van deze veranderingen blijft moeilijk en valt buiten het bestek van dit huidige werk.'
Een artistieke illustratie van het Andromeda-sterrenstelsel en de Melkweg, de twee grootste sterrenstelsels in de Lokale Groep, liggen op ramkoers. Krediet: NASA
Hoe dan ook, er is geen reden om je fles absint leeg te drinken terwijl je een nerveus oog op de lucht houdt. Het is onwaarschijnlijk dat de mensheid hier getuige van zal zijn. Als het waar is dat 99,9% van alle soorten die ooit hebben bestaan, uitgestorven zijn, hebben we geen grote kans.
Maar de vraag over het lot van het zonnestelsel is nog steeds fascinerend. Uiteindelijk zullen de voormalige planetaire metgezellen zich verspreiden en door de ruimte drijven als malafide planeten . Als een andere smarty-pants-soort ze ooit ziet, hebben ze geen idee van hun oorsprong en kunnen ze niet weten dat een bepaalde soort hominide op een bepaalde planeet zich afvroeg wat hun uiteindelijke lot zou zijn.
Meer:
- Persbericht: Het uiteindelijke lot van ons zonnestelsel
- Gepubliceerd onderzoek: De grote ongelijkheid en de dynamische desintegratie van het buitenste zonnestelsel
- Universum vandaag: Er is een schurkachtige aarde-massaplaneet ontdekt die vrij in de melkweg zweeft zonder een ster