В космосе катастрофические события происходят со звездами постоянно. Некоторые взрываются как сверхновые, некоторые разрываются на части черными дырами, а некоторых постигает иная участь.
Расширяющиеся звезды-красные гиганты поглощают и уничтожают планеты, которые подходят слишком близко, и новое исследование позволяет глубже взглянуть на процесс поглощения звезд.
Звезды, подобные нашему Солнцу, в конечном итоге станут красными гигантами. Посредством ядерного синтеза они преобразуют массу в энергию (E = mc 2, верно?) За время своей жизни они теряют столько массы и столько энергии, что в конечном итоге расширяются и становятся красными. Для планет, которые находятся слишком близко к этим раздутым сферам, это означает конец. В конечном итоге они поглощаются и полностью разрушаются.
Много исследований посвящено процессу поглощения планет, и новое исследование подсчитало, что каждая десятая эволюционировавшая звезда в Млечном Пути поглотит планеты с массой Юпитера.
Исследование называется “Поглощение гигантской планеты эволюционировавшими гигантскими звездами: кривые блеска, астеросейсмология и выживаемость.”
Исследование сосредоточено на двух типах эволюционировавших звезд, которые тесно связаны: звезды ветви красных гигантов (RGB) и звезды ветви асимптотических гигантов (AGB). Эти два типа очень похожи, и фактически, звезды RGB могут стать звездами AGB. Термин "эволюционировавшая звезда" достаточно описателен, чтобы охватить обе, и в этой работе важно то, что звезды RGB и AGB покинули главную последовательность.
По мере того, как эти эволюционировавшие звезды теряют массу, они расширяются, и на этой стадии любые планеты в непосредственной близости находятся в опасности. Конвективная оболочка звезды разбухает и захватывает планету. Это создает сопротивление, которое заставляет планету по спирали приближаться к звезде. Астрономы знают это, и в новой работе авторы исследовали частоту этих событий и то, как звезды реагируют.
Они описывают солнцеподобную звезду как звезду с массой от 1 до 2 солнечных масс. Около 10% этих звезд поглотят планеты массой от 1 до 10 масс Юпитера. При таких соотношениях масс движение планеты по смертельной спирали займет от 10 до 100 лет или от 100 до 1000 оборотов.
Чтобы определить эти диапазоны и то, как звезда реагирует, исследователи использовали астрономический программный инструмент с открытым исходным кодом под названием MESA. MESA показала, как разные эволюционировавшие звезды реагировали на поглощение планет с разной массой.
В то время как многие астрофизические события разворачиваются в течение тысяч, миллионов или даже сотен миллионов лет, поглощение планет происходит гораздо быстрее. Но до того, как планета и звезда соприкоснутся, две вещи сближают их: 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 данном этапе процесса сопротивление звездной короны и звездный ветер минимальны.
Как только звезда и планета начинают соприкасаться друг с другом, все меняется. Приливное трение отходит на второй план по сравнению с силами сопротивления. Авторы называют это фазой ‘выпаса’. “Гидродинамическое взаимодействие звезды и планеты является сложным и трехмерным”, - пишут они. Сложности в фазе притирания 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 ‘вдохновляющей’ фазе поглощения, когда планета полностью погружается в оболочку”, - пишут они.
Когда планета находится в фазе инспирации, она отдает тепло звезде. Последняя часть этой фазы называется поздней фазой 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. 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 источник движется к центру звезды. Это движение и другие свойства звезды создают различные расширения и сжатия.
Это исследование согласуется с предыдущими исследованиями, показывающими, что поглощение планеты приводит к оптическим и инфракрасным всплескам яркости. Мощность и продолжительность этих вспышек в значительной степени определяются массой планеты и звезды, хотя могут вступать в игру и другие факторы, такие как вращение. Исследователи обнаружили, что для всех звезд RGB и для звезд AGB, поглощающих планеты массой до пяти масс Юпитера, звезда значительно светлеет 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 являются слабыми или умеренными. Яркость звезды увеличивается на одну звездную величину всего за несколько лет. Более яркие звезды могут испытывать двойной пик.
Для звезд на более поздних стадиях AGB поглощенная планета может вызвать серьезные возмущения 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 чего-то чрезвычайно разрушительного, Юпитер будет вне досягаемости. Вместо этого поглощение грозит внутренним каменистым планетам.
Исследование основано на моделировании, а не на наблюдениях, но моделирование может помочь астрономам определить, что происходит на самом деле и помочь обнаружить похожие события.
Иточник: Giant planet engulfment by evolved giant stars: light curves, asteroseismology, and survivability. Christopher O'Connor https://arxiv.org/abs/2304.09882
