期刊導航
圍繞著附近一顆恒星的三個注定要滅亡的世界揭示了地球自己的命運
根據新的研究，我們可以開始為大約57光年外的一顆類太陽恒星周圍的四顆系外行星寫悼詞。但不要著急;在這顆恒星成為紅巨星并開始吞噬它們之前，我們還有大約10億年的時間。
這顆恒星是Rho Coronae Borealis，一顆像太陽一樣的黃矮星。它位于北極冕星座，其質量、半徑和光度幾乎與太陽相同。
但是，在太陽大約有50億年的歷史的地方，RCB是這個數字的兩倍，這意味著它的紅巨星階段正在逼近，至少在天體物理學方面是這樣。
一篇新論文發表在《紐約時報》上天體物理學雜志展示了這些結果，并提出了一些問題，即當恒星成為紅巨星時，恒星宜居帶中的系外行星會發生什么。
這篇論文是”Rho CrB 系統內的行星吞噬預后“，唯一作者是加州大學河濱分校地球與行星科學系的Stephen R. Kane。
凱恩寫道：“主序星演化后可能導致行星系統結構發生戲劇性的、有時甚至是創傷性的改變，例如行星的潮汐破壞和宿主恒星的吞噬。
Rho Coronae Borealis既古老又明亮，使其“......一個特別有趣的高級主序列進化案例，“凱恩說。不僅因為它與太陽相似并且易于觀測，還因為它擁有四顆系外行星。
凱恩使用恒星演化模型試圖確定Rho Coronae Borealis的未來，以及其行星的未來。在1到15億年后，這顆恒星將離開主序星，成為一顆紅巨星。
紅巨星可以膨脹到史詩般的程度，有些可以膨脹到十億公里的直徑。當我們的太陽變成十億年一時，它臃腫的形式可能會吞噬或至少摧毀所有的內行星。
Rho CrB 也不例外。
它有四顆已知的系外行星，分別命名為 Rho Coronae Borealis b、c、d 和 e。它們是按照發現的順序命名的，而不是與恒星的距離。最危險的三顆行星是e、b和c，它們是離恒星最近的行星。
這四顆行星的質量范圍從超級地球到木星。它們都比地球離太陽更近，最里面的兩顆行星比比地球更接近它們的恒星汞是太陽。他們被緊緊地擠在太陽系的內部，這就是他們的厄運。
研究表明，e、b 和 c 處于最差的位置。Rho CrB可以完全吞噬這三顆行星。
膨脹的恒星吞噬行星可能會產生不同的結果，具體取決于系統的整體架構。行星可能需要幾十年的時間才能向恒星螺旋。在途中，它們可能會被蒸發破壞。當它們達到羅氏極限時，它們也會被潮汐破壞。在這種情況下，它們會增加恒星的體積，幫助它進一步膨脹。
對于子木星質量在3到5天文單位之間的行星，根據一些研究，它們的命運是密封的。無處可逃。但對于其他人來說，盡管情況嚴峻，但可能還有一條出路。
有時，科學模型顯示，隨著恒星膨脹，行星開始以不同的方式相互引力相互作用。隨著恒星的膨脹，它的質量也在下降，因為它繼續融合物質。這會在系統中產生潮汐效應，在某些情況下，它可以驅使行星進入平均運動共振，并將它們驅離恒星更遠。所以，有一條潛在的逃生路線。不過，很難提前確定到底會發生什么。
但是，如果其中一些確實幸存下來，研究人員認為它們可以在恒星離開紅巨星分支（RGB）時幸存下來。當恒星進入漸近巨分支（AGB）階段時，它們甚至可能幸存下來。
AGB相位與RGB相位相似，但RGB恒星的核心和外殼的化學成分略有不同。但是這顆恒星的細節對行星的命運并不那么重要。
對于一些行星來說，有一條可能的逃生路線，但可以拯救行星的潮汐相互作用也可能對它起作用。相互作用也可以驅使行星向內朝向恒星，從而更早地消亡。研究人員正在積極嘗試通過觀察離開主序的恒星來了解所有這些過程。
為了了解Rho CrB系統中可能發生的情況，Kane繪制了這顆恒星未來的質量，光度和半徑。
凱恩還繪制了這顆恒星將經歷的變化以及四顆系外行星的位置。這使行星面臨的危險得到了明顯的緩解。
那么，當涉及到Rho CrB及其行星的細節時，模型和模擬可以提供多少細節呢？
“雖然所有的行星都會進入Rho CrB的恒星大氣層，但它們各自的預測差異很大，”凱恩解釋說。
行星e，最里面的行星，很可能是類地行星。它將是第一個離開的，并且可能會隨著恒星深深地吞噬它而蒸發。它的消亡可能很快。
行星b是所有四顆行星中質量最大的，質量接近地球350。它比木星的質量更大，當它進入恒星膨脹的大氣層時，阻力將導致它螺旋上升。它的命運是潮汐破壞，因為它根本無法堅持下去。
行星b的命運可以影響行星c的命運。如果行星b的物質使恒星膨脹到足夠多，那可能會加速行星c的吞噬。同樣的恒星膨脹和徑向膨脹也可能加速行星d的吞噬，所有這些都是在恒星離開其RGB相位之前完成的。
行星c和d的質量都與海王星差不多，當它們向恒星旋轉時，它們可能會因蒸發而失去質量。
不幸的是，建模沒有考慮軌道動力學。但有可能有一個星球可以逃脫所有這些混亂。行星d是有機會逃脫的孤獨世界。
“我們的模型進一步不包括軌道動力學的影響，這有可能導致行星d進一步向外遷移，并可能逃脫吞噬，”凱恩寫道。如果是這樣，它就有機會存活更長的時間，可能是在新建立的宜居區。
這是可能的，但在這種情況下不太可能。“由于Rho CrB的內行星在AGB階段之前被吞沒，因此在恒星質量損失期間和之后，軌道動力學不太可能在系統中發揮重要作用，”他寫道。
沒有辦法確定這個系統中會發生什么。但天體物理學家正忙于觀察其他太陽系以尋找線索。到目前為止，沒有太多可觀察到的吞噬證據，但這并不意味著它沒有發生。
“到目前為止，行星吞噬特征的觀測證據仍然相對稀少，這表明吞噬場景比預期的更罕見，或者特征檢測比預期的更具挑戰性，”該論文指出。
目前，Rho CrB的詳細細節可能超出了我們的觀測范圍，也超出了我們的模擬和模型的范圍。但不可否認的是，潛在的災難性后果。
“恒星在主序帶上的進展，膨脹成巨星，然后最終收縮成白矮星，對軌道行星產生了深遠的影響，”凱恩寫道。
“考慮到四顆已知行星的質量和半長軸，我們預測行星e將在恒星大氣中蒸發，行星b將螺旋上升并被潮汐破壞，可能會進一步膨脹恒星，行星c將在恒星大氣中蒸發。
D行星的命運不太確定，但它也可能被摧毀。它可能會在AGB階段結束時在恒星內蒸發。
宜居帶內可能還有其他行星尚未被發現。如果有的話，它們可以在RGB/AGB階段在HZ內緣內側的恒星演化中幸存下來。但在那之后，這顆恒星將是一顆白矮星。這些行星，如果它們存在的話，屆時將遠遠超出新的HZ。
了解太陽系在恒星離開主序時會發生什么的部分原因在于準確了解它們的行星種群。遙遠軌道上的巨型行星可以影響內系統行星的命運，可能會改變它們的軌道并將它們移動到更安全的距離。
這些類型的行星很難用凌日法探測到，但未來改進的徑向速度測量可能會發現更多的行星。
這項研究特別有趣，因為我們自己太陽將成為紅巨星，最終是一顆白矮星。我們的家會怎樣？
目前尚不清楚，但地球正處于危險之中。它可能被摧毀，也可能進一步向外遷移。無論哪種方式，我們的太陽系看起來都不會一樣。
幸運的是，它的未來太遙遠了，這對我們來說只是一種好奇心。
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