Sunčev sistem možda neće imati gotovo nezamislivo dugu budućnost kakvu su predviđali raniji modeli.
Nova studija koju su proveli istraživači predvođeni Konstantinom Batyginom sa Kalifornijskog instituta za tehnologiju (Caltech) pokazuje da bi vanjski Sunčev sistem mogao postati nestabilan mnogo ranije nego što se do sada vjerovalo.
Jupiter, Saturn, Uran i Neptun mogli bi biti izloženi haotičnim promjenama orbita nakon što Sunce počne završnu fazu svog života. Umjesto ranije procijenjenih vremenskih skala od oko 10¹⁸ godina, odnosno milijardu milijardi godina, simulacije pokazuju da bi se vanjski Sunčev sistem mogao raspasti već u periodu od nekoliko milijardi godina nakon što Sunce postane bijeli patuljak.
To ne znači da je takav kraj blizu. Sunce je staro oko 4,6 milijardi godina i na glavnom nizu trebalo bi da ostane još približno pet milijardi godina.
Ali nova istraživanja mijenjaju sliku onoga što će se dogoditi nakon toga.
Zemlja, Merkur i Venera neće dočekati kraj Sunca
Kada Sunce za nekoliko milijardi godina potroši većinu vodonika u svom jezgru, počeće da se širi i prelazi u fazu crvenog diva.
Unutrašnje planete tada neće imati mnogo šanse.
Merkur i Venera bi, prema sadašnjim modelima evolucije Sunca, trebalo da budu progutani tokom širenja zvijezde, dok će i sudbina Zemlje biti dramatična.
Mars bi mogao ostati izvan direktnog dometa Sunčevog širenja, ali ni on neće biti dio sistema kakav danas poznajemo.
Kako Sunce bude gubilo masu, gravitaciona sila kojom drži planete biće slabija, pa će se orbite preživjelih planeta proširiti.
Raniji modeli pretpostavljali su da će se to odvijati relativno glatko: Sunce gubi masu, a planete se postepeno udaljavaju.
Upravo je ta pretpostavka sada dovedena u pitanje.
Sunce možda neće „mirno“ izgubiti masu
Nova studija pod nazivom „Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss“ fokusira se na ono što se događa kada gubitak Sunčeve mase nije potpuno ravnomjeran.
Zvijezde poput Sunca tokom prelaska u fazu crvenog diva mogu izbacivati materijal u pojedinačnim, asimetričnim epizodama. Takva izbacivanja djeluju poput malih „udaraca“ koji mijenjaju kretanje zvijezde.
Svaki pojedinačni udar možda je mali, ali tokom vremena može poremetiti orbite planeta.
Istraživači su taj proces opisali kao neku vrstu nasumičnog hoda planetarnih orbita. Umjesto da se orbite samo polako šire, one mogu početi da se pomjeraju i međusobno približavaju na nepredvidiv način.
Kada se orbite velikih planeta dovoljno poremete, njihova međusobna gravitacija može pokrenuti lanac događaja – približavanja, snažna gravitaciona rasipanja i na kraju izbacivanje pojedinih planeta iz Sunčevog sistema.
Stotine simulacija dale su dramatične rezultate
Tim predvođen Batyginom koristio je numeričke simulacije za proučavanje budućnosti Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna.
U klasičnom scenariju, u kojem Sunce ravnomjerno gubi masu, rezultati su uglavnom odgovarali ranijim istraživanjima: orbite planeta se šire, ali sistem ostaje dugoročno stabilan.
Problem nastaje kada se u model uvedu stohastična, odnosno nasumična izbacivanja materijala.
Za vrijednosti izbacivanja koje istraživači smatraju kompatibilnim sa posmatranim ponašanjem bijelih patuljaka, rezultati postaju znatno dramatičniji.
Oko 40 odsto simuliranih sistema doživjelo je poremećaj ili nasilno rasipanje planeta još prije nego što je Sunce završilo prelazak u bijelog patuljka.
U približno 90 odsto simulacija sistem se raspao u roku od tri milijarde godina nakon formiranja bijelog patuljka.
Drugim riječima, vrijeme očekivane stabilnosti vanjskog Sunčevog sistema skraćeno je sa nevjerovatnih 10¹⁸ godina na približno milijardu godina nakon formiranja bijelog patuljka.
„Milijardu puta ranije“ nego što se očekivalo
Upravo je poređenje sa ranijim procjenama ono što ovu studiju čini posebno zanimljivom.
Prethodni modeli procjenjivali su da bi veliki planeti mogli zadržati svoju orbitalnu strukturu oko milijardu milijardi godina.
Nove simulacije pokazuju da bi se ista struktura mogla raspasti na skali od svega nekoliko milijardi godina nakon smrti Sunca, a tipična vremenska skala u relevantnom scenariju je oko jedne milijarde godina nakon formiranja bijelog patuljka.
To predstavlja promjenu od približno milijardu puta u odnosu na ranije procjene.
Naravno, riječ je o modelima budućnosti udaljene milijardama godina, a ne o preciznoj prognozi sudbine svakog pojedinačnog planeta.
Šta će se dogoditi Jupiteru i ostalim divovima?
Ako se nestabilnost razvije prema scenarijima iz simulacija, Jupiter, Saturn, Uran i Neptun mogli bi početi značajno mijenjati svoje orbite.
Neki bi mogli biti izbačeni iz Sunčevog sistema i postati lutajuće planete koje putuju međuzvjezdanim prostorom. Drugi bi mogli završiti na ekstremno udaljenim orbitama ili biti uključeni u gravitacione interakcije koje potpuno mijenjaju njihovu putanju.
Ključna novina studije jeste da za takav haos više nije neophodno čekati prolazak neke druge zvijezde.
Raniji modeli računali su da će prolazak obližnjih zvijezda vremenom poremetiti proširene orbite planeta, vjerovatno u periodu od nekoliko desetina do stotinu milijardi godina.
Nova studija pokazuje da bi sam proces Sunčevog gubitka mase mogao biti dovoljan da pokrene nestabilnost mnogo ranije.
Kraj je nezamislivo daleko, ali slika budućnosti se promijenila
Sunčev sistem, dakle, neće nestati uskoro.
Čovječanstvo će – ako uopšte tada bude postojalo – imati milijarde godina prije nego što Sunce uđe u svoje završne faze. Međutim, nova istraživanja pokazuju da smrt zvijezde možda neće biti miran proces tokom kojeg se planete samo postepeno udaljavaju.
Umjesto toga, posljednje poglavlje Sunčevog sistema moglo bi biti mnogo haotičnije: Sunce će gubiti masu u asimetričnim izbacivanjima, orbite planeta će početi nasumično „lutati“, a gravitacione interakcije među planetama divovima mogle bi na kraju potpuno razbiti današnju orbitalnu arhitekturu.
Studija Konstantina Batygina, Jima Fullera i Freda C. Adamsa objavljena je u časopisu The Astrophysical Journal Letters.