Τι θα συμβεί στο Ηλιακό μας Σύστημα όταν σβήσει ο Ήλιος;

Νέες παρατηρήσεις μπορεί να προσφέρουν νέες ενδείξεις για το πώς ένας γιγάντιος εξωπλανήτης επέζησε από τον βίαιο θάνατο του άστρου του – και κατέληξε να περιφέρεται κοντά στα αστρικά του απομεινάρια.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως μια προεπισκόπηση της μοίρας που μπορεί να περιμένει τους μεγαλύτερους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος – όπως οι γίγαντες αερίων Δίας και Κρόνος – όταν ο ήλιος πεθάνει σε 5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Οι αστρονόμοι εντόπισαν το 2020 έναν αινιγματικό πλανήτη στο μέγεθος του Δία να περιφέρεται γύρω από έναν νεκρό λευκό νάνο. Σε απόσταση 80 ετών φωτός από τον πλανήτη μας, ο WD 1856 b είναι επτά φορές μεγαλύτερος από το άστρο του, το οποίο έχει το μέγεθος της Γης.

«Αυτό είναι ένα από τα πιο παράξενα πλανητικά συστήματα που γνωρίζουμε», δήλωσε ο Δρ. Κρίστοφερ Ο' Κόνορ, συν-συγγραφέας μιας μελέτης που δημοσιεύθηκε την Τετάρτη στο περιοδικό Nature και η οποία παρουσιάζει λεπτομερώς τις παρατηρήσεις. Ο Ο' Κόνορ είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στην αστροφυσική και τη δυναμική άστρων και πλανητών στο Κέντρο Διεπιστημονικής Εξερεύνησης και Έρευνας στην Αστροφυσική του Πανεπιστημίου Northwestern.

Ο WD 1856 b ολοκληρώνει μια τροχιά γύρω από το νεκρό άστρο κάθε 34 ώρες και βρίσκεται σε απόσταση μικρότερη των 3 εκατομμυρίων χιλιομέτρων από τον μητρικό του άστρο.

Όταν ένα τεράστιο άστρο σαν τον ήλιο εξαντλεί το υδρογόνο στον πυρήνα του, φουσκώνει σε μέγεθος άνω των 100 φορές το αρχικό του πριν καταρρεύσει σε έναν πυκνό λευκό νάνο. Δεδομένης της μικρής απόστασης του WD 1856 b από το άστρο του – 50 φορές πιο κοντά από ό,τι η Γη από τον ήλιο – οι αστρονόμοι δεν ήταν βέβαιοι πώς επέζησε ο πλανήτης από την καταστροφή του μητρικού του άστρου.

Για να ανασυνθέσουν το απίθανο ταξίδι επιβίωσης του WD 1856 b, ο Ο' Κόνορ και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb για να καταγράψουν τις πιο πρόσφατες εικόνες του πλανήτη και να μετρήσουν την ατμόσφαιρα, τη μάζα και τη θερμοκρασία του. Σχεδόν κάθε εύρημα της ομάδας ήταν απροσδόκητο – και υποδηλώνει ότι οι γιγάντιοι πλανήτες μπορούν να επιβιώσουν από τον θάνατο των μητρικών τους άστρων με τρόπους που παλαιότερα θεωρούνταν αδύνατοι.

Ένας παράξενος πλανήτης

Η στενή τροχιά του πλανήτη και τα ανισόμετρα σχετικά μεγέθη του WD 1856 b και του μητρικού του άστρου ώθησαν τον Ο' Κόνορ και τους συνεργάτες του να ερευνήσουν περαιτέρω.

«Για έναν θεωρητικό αστροφυσικό, η ανακάλυψη ενός παράξενου αντικειμένου σε ένα σημείο όπου "δεν θα έπρεπε" να βρίσκεται μοιάζει κάπως με πρόσκληση από το σύμπαν να γίνουμε δημιουργικοί στην αναζήτηση μιας εξήγησης», έγραψε ο Ο' Κόνορ σε ένα email.

Αλλά η πραγματοποίηση παρατηρήσεων με το Webb ήταν δύσκολη. Η ομάδα είχε περιορισμένες ευκαιρίες να παρατηρήσει μια διάβαση, δηλαδή τη μείωση της φωτεινότητας του άστρου καθώς ο πλανήτης περνά μπροστά του. Οι νεκροί λευκοί νάνοι είναι πολύ πιο αμυδροί από τα άστρα που φιλοξενούν πλανήτες και συνήθως παρατηρούνται με το Webb, δήλωσε η συν-συγγραφέας Victoria Boehm, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο τμήμα αστρονομίας του Πανεπιστημίου Cornell.

«Για να γίνουν τα πράγματα ακόμη πιο δύσκολα, η διάβαση του πλανήτη διαρκεί μόλις 8 λεπτά, οπότε αν κλείσεις τα μάτια σου, το χάνεις», δήλωσε η Boehm σε μια ανακοίνωση. «Η συλλογή αρκετού φωτός για να δούμε το φάσμα του WD 1856 b, ενώ παράλληλα να το κάνουμε αρκετά γρήγορα ώστε να μη χάσουμε τη διάβαση, είναι κάτι που μόνο το Webb μπορεί να κάνει».

Αλλά το φάσμα, ή τα δεδομένα που συλλέγονται καθώς το φως από το άστρο περνά μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη, αποκάλυψε προηγουμένως άγνωστες πληροφορίες για τον WD 1856 b.

Η ομάδα προσδιόρισε ότι ο πλανήτης έχει μάζα μεταξύ τεσσάρων και έντεκα φορές μεγαλύτερη από αυτή του Δία.

Το υπέρυθρο φως που εκπέμπεται από τον WD 1856 b υποδηλώνει ότι έχει θερμοκρασία περίπου 127 βαθμών Κελσίου – περίπου 240 βαθμούς θερμότερα από ό,τι αν θερμαινόταν αποκλειστικά από το νεκρό άστρο.

«Αυτό ήταν πραγματικά αυτό που μας έβαλε στον δρόμο να καταλάβουμε την ιστορία του πλανήτη από τα δεδομένα μας», δήλωσε ο Ο' Κόνορ.

Μια περίεργη μετανάστευση

Η ομάδα συνδύασε τις νέες μετρήσεις με μοντέλα για το πώς ψύχονται με την πάροδο του χρόνου γιγάντων πλανήτες όπως ο Δίας και ο Κρόνος, μια διαδικασία που συμβαίνει με προβλέψιμο ρυθμό που σχετίζεται με τη μάζα τους.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο πλανήτης αρχικά περιφερόταν γύρω από το άστρο από μια ασφαλέστερη, πολύ μεγαλύτερη απόσταση. Αλλά ο WD 1856 b θερμάνθηκε ενώ μεταναστεύει προς τα μέσα μετά τον θάνατο του άστρου.

Οι ερευνητές έχουν δύο ανταγωνιστικές θεωρίες για το πώς ο WD 1856 b κατέληξε στην τρέχουσα στενή του τροχιά.

Το «μοντέλο κατάποσης» υποδηλώνει ότι ο πλανήτης καταβροχθίστηκε από το μητρικό άστρο καθώς αυτό φούσκωνε πριν πεθάνει, αλλά κατάφερε να επιβιώσει, δήλωσε ο Ο' Κόνορ. Το «μοντέλο βαρυτικής αλληλεπίδρασης» προτείνει εναλλακτικά ότι ο WD 1856 b απέφυγε τα σπαράγματα θανάτου του άστρου, αλλά η βαρυτική επίδραση άλλων αντικειμένων στο σύστημα τον έσπρωξε πιο κοντά στον λευκό νάνο, πρόσθεσε.

«Και στις δύο περιπτώσεις, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι ο πλανήτης θα θερμάνθηκε στο εσωτερικό του ως υποπροϊόν της βίαιης διαδικασίας μετανάστευσης», δήλωσε ο Ο' Κόνορ. «Στο πρώτο σενάριο, θα περιμέναμε ότι η μετανάστευση και η θέρμανση συνέβησαν ταυτόχρονα με τον θάνατο του μητρικού άστρου, πριν από περίπου έξι δισεκατομμύρια χρόνια. Στο δεύτερο σενάριο, μπορεί να συμβεί δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, λόγω του χάους των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων».

Τα δεδομένα της ομάδας φαίνεται να δείχνουν ότι η θέρμανση του πλανήτη συνέβη πριν από περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια, γεγονός που μπορεί να αποκλείει το ενδεχόμενο κατάποσης – όπως υποδηλώνει και το φάσμα του Webb, το οποίο κατέγραψε ενδείξεις για τη χημική σύσταση του πλανήτη.

«Είδαμε τα χαρακτηριστικά ίχνη μικρών σωματιδίων νεφών και υδρογονανθράκων, πιθανότατα μεθάνιο, που είναι η πρώτη φορά που βλέπουμε ατμόσφαιρα σε πλανήτη που διέρχεται μπροστά από ένα νεκρό άστρο», δήλωσε η Boehm. «Πρόσφατα παρατηρήσαμε τέσσερις ακόμη διαβάσεις του WD 1856 b με το Webb για να ρίξουμε μια βαθύτερη ματιά στη χημεία της ατμόσφαιράς του και ανυπομονούμε να δούμε τα αποτελέσματα».

Η αφθονία του μεθανίου προσθέτει μια άλλη ένδειξη ότι ο πλανήτης δεν πέρασε από κατάποση κατά τη φάση του κόκκινου γίγαντα, καθώς αυτό θα είχε αραιώσει την αφθονία του αερίου καθώς ο πλανήτης προσλάμβανε υδρογόνο από το άστρο, δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Δρ. Ράιαν ΜακΝτόναλντ, λέκτορας εξωπλανητών στο Πανεπιστήμιο του Σεντ Άντριους στη Σκωτία.

Η Δρ. Κάρολαϊν Μόρλι, αναπληρώτρια καθηγήτρια στο τμήμα αστρονομίας του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Όστιν, δήλωσε ότι οι αποκλίσεις στα αποτελέσματα της συμπερασματικής θερμοκρασίας μεταξύ της νέας μελέτης, η οποία υποδηλώνει ότι ο πλανήτης είναι αρκετά θερμός, και προηγούμενης έρευνας στην οποία συνέβαλε, η οποία τον προσδιόριζε ως πολύ ψυχρότερο, την προβληματίζουν. Η Μόρλι δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη.

«Υπάρχουν λόγοι να είμαστε δύσπιστοι σχετικά με το αποτέλεσμα ότι ο πλανήτης "ξαναθερμάνθηκε" κατά τη διάρκεια της αστρικής εξέλιξης», έγραψε η Μόρλι σε ένα email. «Πιστεύω ότι η πιθανή ανίχνευση μεθανίου φαίνεται εύλογη και η ανίχνευση νεφών ή/και αιθαλομίχλης είναι στέρεη. Σε αυτή τη θερμοκρασία, η καλύτερη πρώτη υπόθεση για το ποια "αερολύματα" υπάρχουν είναι νέφη νερού, τα οποία σχηματίζονται και γίνονται αρκετά πυκνά σε αυτές τις θερμοκρασίες».

Ενώ η ανίχνευση μεθανίου στην ατμόσφαιρα δεν ήταν έκπληξη, η ποσότητα του αερίου ήταν υψηλότερη από ό,τι θα μπορούσε να προβλεφθεί, δήλωσε ο Δρ. Ίαν Κρόσφιλντ, αναπληρωτής καθηγητής φυσικής και αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Κάνσας. Ο Κρόσφιλντ δεν συμμετείχε στη νέα μελέτη αλλά ήταν μέλος της ομάδας που ανακάλυψε τον WD 1856 b το 2020.

«Τα συμπεράσματα σχετικά με τη μετανάστευση του πλανήτη στην τρέχουσα τροχιά του είναι προκλητικά, αν και πιθανότατα απαιτείται περαιτέρω μελέτη πριν εξαχθούν οριστικά συμπεράσματα», έγραψε ο Κρόσφιλντ σε ένα email. «Η εργασία δείχνει πώς οι πιο αποκαλυπτικές πλανητικές παρατηρήσεις του JWST συνεχίζουν να είναι αυτές των γιγάντων αερίων – ανάλογων του δικού μας Δία ή Κρόνου – ακόμη και όταν το άστρο γύρω από το οποίο περιφέρονται έχει πεθάνει εδώ και πολύ καιρό».

Μοντελοποιώντας τη μοίρα του ηλιακού μας συστήματος

Το σύστημα WD 1856 λειτουργεί σαν μια προεπισκόπηση του τι θα μπορούσε να συμβεί στο δικό μας ηλιακό σύστημα.

Όπως και το μητρικό άστρο του WD 1856 b, ο ήλιος μας θα διογκωθεί σε έναν κόκκινο γίγαντα σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, καταπίνοντας τους κοντινότερους πλανήτες όπως ο Ερμής και η Αφροδίτη. Η τροχιά της Γης τη θέτει ακριβώς στα όρια αυτής της μελλοντικής «ζώνης κινδύνου», δήλωσε ο Ο' Κόνορ, επομένως η μοίρα του πλανήτη μας παραμένει ασαφής.

Αλλά αντί να φτάσουν σε ένα γρήγορο τέλος, οι γιγάντιοι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος μπορεί να αντέξουν και να συνεχίσουν να εξελίσσονται για δισεκατομμύρια χρόνια. Το σύστημα WD 1856 αναμένεται να παραμείνει στην τρέχουσα κατάστασή του για τρισεκατομμύρια χρόνια, σημείωσε ο Ο' Κόνορ.

«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι ο θάνατος ενός άστρου δεν είναι το τέλος – ορισμένοι πλανήτες βιώνουν ένα ζωντανό και δραστήριο μέλλον μετά τον θάνατο του άστρου τους», δήλωσε ο ΜακΝτόναλντ.

Καθώς ο ήλιος μετατρέπεται σε λευκό νάνο περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά το τέλος της φάσης του κόκκινου γίγαντα, οι υπόλοιποι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος θα συνεχίσουν να περιφέρονται γύρω από το νεκρό άστρο.

«Αναμένουμε ότι οι επιζώντες θα απομακρυνθούν σταδιακά από τον Ήλιο έως ότου φτάσουν περίπου στο διπλάσιο της τρέχουσας τροχιακής τους απόστασης», έγραψε ο Ο' Κόνορ. «Ωστόσο, ίσως θα πρέπει να σκεφτούμε αν οι τροχιές τους θα μπορούσαν να αλλάξουν πιο δραματικά, φέρνοντας έναν από αυτούς να μεταναστεύσει τόσο κοντά στον ηλιακό λευκό νάνο όσο βρίσκεται σήμερα ο WD 1856 b».

Πηγή: CNN