سال‌ها تصور می‌شد سیاره‌های بیرونی منظومه شمسی حتی پس از مرگ خورشید نیز می‌توانند برای مدت بسیار طولانی در مدارهای خود باقی بمانند. اما یک پژوهش تازه نشان می‌دهد روند مرگ خورشید ممکن است بسیار آشفته‌تر از تصورات قبلی باشد و تغییرات ناگهانی در جرم آن، مدار سیاره‌های غول‌پیکر را زودتر از انتظار به آشوب بکشاند.
بر اساس نتایج این پژوهش، تغییرات نامنظم در نحوه ازدست‌دادن جرم خورشید می‌تواند احتمال ناپایداری منظومه شمسی را افزایش دهد. در برخی شبیه‌سازی‌ها، مدار سیاره‌های بیرونی به‌شدت تغییر می‌کند و حتی ممکن است بعضی از آن‌ها به فضای میان‌ستاره‌ای پرتاب شوند. البته این اتفاق قرار نیست در آینده نزدیک رخ دهد و پیش‌بینی‌ها به میلیاردها سال آینده مربوط می‌شوند.
چرا مرگ خورشید می‌تواند منظومه شمسی را به آشوب بکشد؟
خورشید در طول عمر خود به‌تدریج سوخت هسته‌ای مصرف می‌کند و در نهایت وارد مراحل پایانی تحول ستاره‌ای می‌شود. در آن زمان، ساختار و جرم آن تغییر خواهد کرد و پس از گذر از مرحله غول سرخ، بخش بزرگی از مواد بیرونی خود را از دست می‌دهد و به کوتوله سفید تبدیل می‌شود.
جرم خورشید نقش اساسی در حفظ مدار سیاره‌ها دارد. نیروی گرانش آن سیاره‌ها را در مسیرهای مداری نگه می‌دارد و کاهش جرم خورشید باعث می‌شود مدارهای آن‌ها به‌طور کلی گسترش پیدا کنند.
تا پیش از این، بسیاری از مدل‌های مربوط به آینده منظومه شمسی فرض می‌کردند خورشید جرم خود را به‌شکلی نسبتاً آرام و پیوسته از دست می‌دهد. در چنین شرایطی، تغییرات گرانشی قابل‌پیش‌بینی‌تر خواهند بود و سیاره‌های بیرونی می‌توانند برای مدت بسیار طولانی در مدارهای خود باقی بمانند.
اما پژوهش جدید بر احتمال دیگری تمرکز دارد: ازدست‌دادن جرم خورشید ممکن است به‌صورت مجموعه‌ای از رویدادهای نامنظم و ناگهانی اتفاق بیفتد. این تغییرات می‌توانند موقعیت و سرعت خورشید را اندکی جابه‌جا کنند و در طول زمان، اثرهای گرانشی کوچک اما انباشته‌ای بر سیاره‌ها بگذارند.
کشف تازه چگونه انجام شد؟
پژوهشگران برای بررسی این احتمال، داده‌های رصدخانه فضایی گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا را بررسی کردند. این رصدخانه موقعیت و حرکت ستاره‌ها را با دقت بالا اندازه‌گیری می‌کرد و اطلاعات آن درباره سامانه‌های ستاره‌ای دوتایی گسترده، از جمله سامانه‌هایی شامل کوتوله‌های سفید، برای مطالعه تحول ستاره‌ها اهمیت دارد.
دانشمندان با بررسی این داده‌ها به شواهدی رسیدند که با ازدست‌دادن نامنظم جرم در مراحل پایانی عمر ستاره‌ها سازگار است. سپس از این اطلاعات برای ساخت مدل‌هایی درباره آینده خورشید و تأثیر تغییرات جرم آن بر مدار سیاره‌های منظومه شمسی استفاده کردند.
در یکی از سناریوهای بررسی‌شده، پژوهشگران حدود ۴۶۰۰ رویداد فرضی برای خروج مواد از خورشید در نظر گرفتند. هر رویداد می‌توانست حدود یک ده‌هزارم جرم خورشید را به فضا پرتاب کند؛ مقداری معادل تقریباً ۳۳ برابر جرم زمین. چنین خروجی‌هایی، اگر به‌شکل نامتقارن رخ دهند، می‌توانند سرعت خورشید را نیز اندکی تغییر دهند.
این اعداد به مدل‌سازی نظری مربوط‌اند و به معنای آن نیستند که دانشمندان وقوع دقیق همین تعداد رویداد یا همین میزان خروج جرم را در آینده خورشید به‌طور قطعی پیش‌بینی کرده‌اند.
در شبیه‌سازی‌ها چه بر سر سیاره‌های بیرونی آمد؟
پژوهشگران صدها شبیه‌سازی انجام دادند تا ببینند تغییرات احتمالی در روند مرگ خورشید چه اثری بر پایداری مدار سیاره‌ها می‌گذارد. در ۳۷ مورد از ۴۸ سناریوی اصلی که برای بررسی دقیق‌تر انتخاب شده بودند، مدار سیاره‌های بیرونی در مرحله‌ای زودتر از انتظار دچار اختلال شد.
در برخی مدل‌ها، این ناپایداری زمانی آغاز شد که خورشید هنوز فقط بخشی از جرم خود را از دست داده بود. در نتیجه، سیاره‌های غول‌پیکر پیش از پایان کامل تحول خورشید نیز می‌توانستند وارد وضعیت مداری بی‌ثباتی شوند.
پیامدهای احتمالی این تغییرات بسیار چشمگیرند:
- اورانوس و نپتون ممکن است جایگاه مداری خود را تغییر دهند و حتی به مدارهایی بسیار نزدیک‌تر به مشتری وارد شوند.
- زحل ممکن است بر اثر برهم‌کنش‌های گرانشی از منظومه شمسی بیرون رانده شود و به سیاره‌ای سرگردان تبدیل شود.
- مشتری نیز از تغییرات مداری و برهم‌کنش با دیگر سیاره‌های غول‌پیکر در امان نخواهد بود.
- منظومه شمسی بیرونی ممکن است ساختار کنونی خود را از دست بدهد و به سامانه‌ای با مدارهای کاملاً متفاوت تبدیل شود.
این نتیجه‌ها به معنای آن نیستند که همه سیاره‌ها الزاماً نابود خواهند شد. خروج یک سیاره از منظومه شمسی به معنای ازبین‌رفتن خود آن نیست؛ بلکه ممکن است سیاره برای مدت بسیار طولانی به‌تنهایی در فضای میان‌ستاره‌ای حرکت کند.
آیا منظومه شمسی واقعاً ۱۰۰ برابر سریع‌تر نابود می‌شود؟
عنوان پژوهش به کوتاه‌ترشدن چشمگیر زمان مورد انتظار برای فروپاشی منظومه شمسی اشاره دارد. در برآوردهای قبلی، پایداری بلندمدت سیاره‌های بیرونی با فرض‌هایی درباره تحول آرام خورشید و تأثیر برخوردهای ستاره‌ای بررسی می‌شد. اما مدل جدید نشان می‌دهد که بی‌نظمی در فرایند ازدست‌دادن جرم خورشید نیز می‌تواند به‌تنهایی زمینه‌ساز ناپایداری شود.
در مجموعه شبیه‌سازی‌های پژوهش، در حدود ۹۰ درصد مدل‌ها دست‌کم یک سیاره غول‌پیکر از منظومه شمسی خارج شد. همچنین در بیشتر این سناریوها، ساختار منظومه شمسی طی چند میلیارد سال پس از تبدیل خورشید به کوتوله سفید به‌شدت تغییر کرد یا از هم پاشید.
بااین‌حال، عبارت «۱۰۰ برابر سریع‌تر» به مقایسه با برآوردهای قبلی مربوط است و نباید آن را به‌عنوان یک زمان دقیق و قطعی برای پایان منظومه شمسی در نظر گرفت. نتیجه نهایی به فرض‌های مدل، نحوه خروج جرم از خورشید و برهم‌کنش‌های گرانشی میان سیاره‌ها وابسته است.
همچنین فروپاشی مداری منظومه شمسی با نابودی خورشید یا تمام سیاره‌ها یکسان نیست. ممکن است برخی سیاره‌ها باقی بمانند، اما دیگر به دور خورشید حرکت نکنند یا در مدارهایی کاملاً متفاوت قرار بگیرند.
سرنوشت زمین چه خواهد شد؟
این یافته‌ها ممکن است درباره آینده سیاره‌های بیرونی خبرساز شده باشند، اما زمین احتمالاً بسیار زودتر از مرحله نهایی فروپاشی منظومه شمسی با شرایطی غیرقابل‌سکونت روبه‌رو خواهد شد.
با افزایش تدریجی درخشندگی خورشید، شرایط آب‌وهوایی زمین در مقیاس میلیاردها سال تغییر می‌کند و حفظ آب مایع روی سطح آن دشوارتر خواهد شد. در مرحله غول سرخ نیز خورشید به‌شدت منبسط می‌شود و شرایط محیطی منظومه داخلی دگرگون خواهد شد.
بنابراین، حتی اگر زمین تا آن زمان از نظر فیزیکی باقی مانده باشد، احتمالاً مدت‌ها پیش از ناپایداری نهایی سیاره‌های بیرونی، محیط مناسب برای حیات کنونی را از دست داده است.
پژوهش جدید بیش از آنکه پیش‌بینی مستقیمی درباره پایان حیات روی زمین باشد، به این پرسش پاسخ می‌دهد که ساختار مداری سیاره‌های غول‌پیکر پس از مرگ خورشید تا چه اندازه می‌تواند پایدار بماند.
این پژوهش چه تغییری در درک ما از آینده کیهان ایجاد می‌کند؟
نتایج مطالعه فقط برای منظومه شمسی اهمیت ندارند. بیشتر ستاره‌ها در نهایت وارد مراحل پایانی تحول خود می‌شوند و بسیاری از آن‌ها نیز به کوتوله سفید تبدیل خواهند شد. اگر خروج جرم از ستاره‌ها واقعاً نامنظم‌تر از فرض‌های قبلی باشد، برخی سامانه‌های سیاره‌ای ممکن است پس از مرگ ستاره مرکزی خود، ناپایداری بیشتری را تجربه کنند.
این موضوع همچنین می‌تواند به توضیح جمعیت سیاره‌های سرگردان در کهکشان کمک کند؛ سیاره‌هایی که به دور ستاره‌ای نمی‌چرخند و آزادانه در فضای میان‌ستاره‌ای حرکت می‌کنند. البته برای تعیین سهم دقیق مرگ ستاره‌ها در ایجاد این سیاره‌ها، به پژوهش‌های بیشتری نیاز است.
مطالعه جدید نشان می‌دهد که آینده سامانه‌های سیاره‌ای تنها به فاصله سیاره‌ها از ستاره مرکزی وابسته نیست؛ جزئیات تحول ستاره، نحوه خروج مواد و تغییرات کوچک در حرکت آن نیز می‌توانند در طول زمان به نتایج بزرگی منجر شوند.
جمع‌بندی
پژوهش تازه اخترفیزیک‌دانان نشان می‌دهد که مرگ خورشید ممکن است با تغییرات نامنظم‌تری همراه باشد و همین مسئله بتواند پایداری مدار سیاره‌های بیرونی را زودتر از برآوردهای قبلی به خطر بیندازد. در برخی شبیه‌سازی‌ها، سیاره‌های غول‌پیکر از مدارهای کنونی خود خارج می‌شوند و حتی احتمال پرتاب یک یا چند سیاره به فضای میان‌ستاره‌ای وجود دارد.
بااین‌حال، این سناریوها به میلیاردها سال آینده مربوط می‌شوند و پیش‌بینی قطعی درباره سرنوشت تک‌تک سیاره‌ها نیستند. اهمیت اصلی پژوهش در این است که نشان می‌دهد حتی تغییرات کوچک و نامنظم در رفتار خورشید می‌توانند در بازه‌های زمانی بسیار طولانی، ساختار یک سامانه سیاره‌ای را به‌شکلی بنیادی تغییر دهند.
منابع:
- ScienceAlert
- Nature
- The Astrophysical Journal Letters
