Екзопланета розкриває долю Землі через 8 мільярдів років

Відкриття скелястої екзопланети, розташованої на відстані 4000 світлових років від нас у Чумацькому Шляху, дає можливе уявлення про долю Землі через мільярди років, коли Сонце перетвориться на білого карлика, залишивши замерзлу Землю дрейфувати за орбіту Марса.

Цю віддалену планетну систему ідентифікували астрономи з Каліфорнійського університету в Берклі за допомогою спостережень за допомогою 10-метрового телескопа Кека на Гаваях. 

Доля системи Сонце-Земля

Планетна система відображає те, що вчені передбачають щодо остаточної долі системи Сонце-Земля: білий карлик, приблизно вдвічі менший за Сонце, і супутник розміром із Землю, що обертається на відстані, вдвічі більшій, ніж Земля обертається навколо Сонця сьогодні. Це також може бути доля Землі. 

Очікується, що Сонце розшириться до червоного гіганта, збільшившись за нинішню орбіту Землі, поглинувши Меркурій і Венеру в процесі.  Коли Сонце втрачає масу, його гравітаційне тяжіння слабшає, що змушує планети мігрувати назовні. Земля може уникнути повного знищення, віддаляючись від Сонця. 

Згодом Сонце скине зовнішні шари, залишивши щільний білий карлик не більший за Землю, але масу зірки. Якщо Земля переживе цей процес, вона може опинитись на орбіті, вдвічі більшій за поточну відстань від Сонця.

Еволюція зірок головної послідовності

Нове відкриття допомагає вченим краще зрозуміти, як зірки головної послідовності, такі як Сонце, еволюціонують у червоних гігантів і, зрештою, у білих карликів, а також як ці зміни впливають на навколишні планети. 

Деякі дослідження показують, що цей процес для Сонця може початися приблизно через мільярд років, що призведе до випаровування океанів Землі та подвоєння радіуса орбіти Землі – якщо припустити, що Земля не буде охоплена розширюваним сонцем спочатку. Згодом, приблизно через вісім мільярдів років, Сонце скине свої зовнішні шари, залишивши білого карлика, який становить приблизно половину маси Сонця, але менший за розміри, ніж Земля.

Що ми знаємо про долю Землі 

«На цей час у нас немає єдиної думки, чи зможе Земля уникнути поглинання сонцем червоного гіганта через шість мільярдів років», — сказав керівник дослідження Кемінг Чжан, колишній докторант Каліфорнійського університету в Берклі, а зараз постдокторант Каліфорнійського університету в Сан-Дієго. 

«У будь-якому випадку планета Земля буде придатною для життя ще близько мільярда років, після чого земні океани будуть випаровані парниковим ефектом — задовго до ризику бути проковтнутим червоним гігантом».

Історія виживання

Виявлена ​​планетна система є прикладом планети, яка вижила, хоча вона знаходиться далеко за межами населеної зони слабкого білого карлика і навряд чи може підтримувати життя. Можливо, він перебував у придатних для життя умовах, коли його зірка була ще схожою на сонце.

«Чи може життя вижити на Землі протягом цього (червоного гіганта) періоду, невідомо. Але, безумовно, найважливіше те, що Землю не поглине сонце, коли вона стане червоним гігантом», — сказала Джессіка Лу, доцент і кафедра астрономії Каліфорнійського університету в Берклі. 

«Ця система, яку знайшов Кемінг, є прикладом планети — ймовірно, планети, схожої на Землю, спочатку на орбіті, схожій із Землею, — яка пережила фазу червоного гіганта своєї головної зірки».

Характеристика далекої планетної системи 

Далека планетна система, розташована поблизу балджа в центрі Чумацького Шляху, привернула увагу астрономів у 2020 році, коли пройшла перед більш віддаленою зіркою, посиливши світло зірки в 1000 разів.  Гравітація системи діяла як лінза, фокусуючи та збільшуючи світло фонової зірки. Відкриття, позначене KMT-2020-BLG-0414, було зроблено корейською мережею мікролінзових телескопів у Південній півкулі. 

Фонова зірка, розташована приблизно за 25 000 світлових років від Землі, виглядала як крихітна точка світла. Протягом двох місяців зміна його яскравості дозволила вченим охарактеризувати планетарну систему. 

Експерти підрахували, що система включає зірку приблизно вдвічі меншу за Сонце, планету розміром із Землю та набагато більшу планету приблизно в 17 разів більшу за Юпітер – ймовірно, коричневий карлик, тип невдалої зірки, яка не мають достатню масу, щоб запалити термоядерний синтез.

Таємнича особистість ведучої зірки

Аналіз показує, що планета розміром із Землю обертається на відстані від однієї до двох астрономічних одиниць від зірки, що приблизно вдвічі перевищує відстань між Землею та Сонцем.  Однак тип зірки, на якій розміщена планета, залишався неясним, оскільки її світло було перекрито збільшеною фоновою зіркою.

Щоб визначити природу зірки, Чжан і його колеги, в тому числі астрономи Каліфорнійського університету в Берклі Джессіка Лу та Джошуа Блум, переглянули систему в 2023 році за допомогою 10-метрового телескопа Keck II на Гаваях, який використовує адаптивну оптику для корекції розмиття атмосфери. 

Оскільки вони спостерігали за системою через три роки після події мікролінзування, світло фонової зірки стало настільки тьмяним, що зірку-лінзу було видно, якби це була типова зірка головної послідовності, як сонце. Однак Чжан не знайшов видимої зірки на двох окремих зображеннях Кека.

Зірки, що обертаються екзопланетами

«Наші висновки ґрунтуються на виключенні альтернативних сценаріїв, оскільки нормальну зірку було б легко побачити», — сказав Чжан. «Оскільки лінза темна і мала маса, ми дійшли висновку, що це може бути лише білий карлик».

«Це той випадок, коли нічого не бачити насправді цікавіше, ніж щось бачити», — додав Лу, який також шукає події мікролінз, спричинені вільно плаваючими чорними дірами зіркової маси в Чумацькому Шляху.

Це відкриття є частиною проекту Чжана з дослідження подій мікролінзування, які виявляють наявність планет, з метою дізнатися більше про типи зірок, навколо яких обертаються ці екзопланети.

«У цьому є певна удача, тому що ви очікуєте, що менше ніж одна з 10 мікролінзованих зірок з планетами буде білими карликами», — пояснив Чжан.

Відкриття нових світів за допомогою мікролінзування 

«Мікролінзування перетворилося на дуже цікавий спосіб вивчення інших зоряних систем, які не можна спостерігати та виявляти звичайними засобами, тобто методом транзиту або методом радіальної швидкості», — сказав Блум. 

«Є цілий набір світів, які зараз відкриваються нам через канал мікролінз, і що захоплює те, що ми знаходимося на межі пошуку екзотичних конфігурацій, подібних цій».

Однією з головних цілей майбутнього римського телескопа NASA Nancy Grace, який планується запустити у 2027 році, є захоплення кривих блиску від подій мікролінзування для виявлення екзопланет. Багато з них вимагатимуть подальших спостережень за допомогою інших телескопів, щоб визначити типи зірок, на яких знаходяться планети.

«Потрібне ретельне спостереження за допомогою найкращих у світі засобів, тобто адаптивної оптики та обсерваторії Кека, не лише через день чи місяць, а через багато-багато років у майбутньому, після того, як лінза відійде від фонової зірки, так що ви можете почати усунути неоднозначність того, що ви бачите», – додав Блум.

Доля людства поза Землею

Чжан зазначив, що навіть якщо Земля врешті-решт буде поглинена Сонцем під час її фази червоного гіганта, людство може знайти притулок у зовнішній Сонячній системі.  Деякі супутники Юпітера і Сатурна, такі як Європа, Каллісто, Ганімед і Енцелад, містять океани замерзлої води, які можуть розтанути, коли сонце розширюється.

«Коли Сонце стане червоним гігантом, придатна для життя зона переміститься навколо орбіти Юпітера та Сатурна, і багато з цих супутників стануть планетами-океанами. Я думаю, що в такому випадку людство могло б мігрувати туди», – підсумував Чжан. Дослідження опубліковано в журналі Nature Astronomy.