مطالعه جدید دوام عمر پیش‌بینی‌شده منظومه شمسی را یک میلیارد بار کاهش می‌دهد

پژوهشگران از موسسه فناوری کالیفرنیا شبیه‌سازی‌های محاسباتی جدیدی منتشر کرده‌اند که نشان می‌دهد سیارات بیرونی منظومه شمسی بسیار زودتر از آنچه مدل‌های قبلی پیش‌بینی کردند، به‌طور دینامیکی ناپایدار خواهند شد. این مطالعه، که توسط Konstantin Batygin به‌همراه Jim Fuller و Fred C. Adams رهبری می‌شود، در مجله The Astrophysical Journal Letters (جلد 1009، مقاله L22) تحت عنوان "Terminal Instability of the Solar System Triggered by Stochastic Solar Mass Loss" منتشر شده است.

آنچه مطالعه واقعاً یافت

تیم صدها شبیه‌سازی N-body را اجرا کرد که برهم‌کنش‌های گرانشی بین مشتری، زحل، اورانوس و نپتون را ردیابی می‌کرد، همان‌طور که خورشید به‌طور ستاره‌ای به ستاره‌ای بزرگ قرمز و بعد از آن به کوتوله سفید تکامل یافت. بر اساس خلاصه AAS Nova از مقاله، حدود 40 درصد از شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که مدارات سیارات بیرونی حتی در طول مرحله ستاره بزرگ قرمز خود توسط بحرانی شوند، و 90 درصد توسط بحرانی شدن در غضون 3 میلیارد سال پس از تشکیل کوتوله سفید را نشان دادند. در کل، مقاله نتیجه‌گیری می‌کند که سیارات بیرونی احتمالاً بیش از حدود یک میلیارد سال پس از تبدیل خورشید به کوتوله سفید نخواهند ماند.

چرا برآورد بسیار تغییر کرد

مطالعات پایداری قبلی فرض می‌کردند که خورشید با سن‌رسیدگی به‌آرامی و تدریجاً جرم را از دست خواهد داد. تحت این فرض، کارهای قبلی برآورد کرده بودند که سیارات بیرونی می‌توانند برای 30 تا 100 میلیارد سال پایدار بمانند، یا طبق برخی برآوردها تا 10^18 سال، بر اساس AAS Nova و 404 Media. مقاله جدید به‌جای آن، فقدان جرم خورشید را به‌عنوان سری از "ضربات تصادفی و نامتقارن" مدل‌سازی می‌کند، که بر اساس سرعت‌های پس‌زنی مشاهده‌شده کوتوله‌های سفید است که نشان می‌دهد جرم به‌طور نابرابر و نه یکنواخت جدا می‌شود.

هنگامی‌که این تصادفی‌بودن در شبیه‌سازی‌ها درون‌ریزی می‌شود، نسبت‌های دوره مداری سیارات غول‌پیکر به‌طور غیرقابل‌پیش‌بینی در طول زمان منحرف می‌شوند، فرآیندی که نویسندگان آن را انتشار تصادفی توصیف می‌کنند. 404 Media گزارش می‌دهد که این مکانیسم باعث عبور مدارات و آشوب می‌شود، حتی جایی که سیارات در رزونانس‌های حرکت میانگین قرار می‌گیرند - تکوین‌هایی که در آن دوره‌های مداری نسبت‌های اعداد صحیح کوچک تشکیل می‌دهند و قبلاً تصور می‌رفت که برخی حفاظت در برابر ناپایداری ارائه می‌دهند. مقاله می‌یابد که تکوین‌های رزونانسی کمی بیشتر از تکوین‌های غیر رزونانسی تفکک می‌شوند، نه کمتر.

مقیاس زمانی و معنی آن

علی‌رغم کاهش دراماتیک، ناپایداری پیش‌بینی‌شده هنوز میلیارد‌ها سال دور است. انتظار می‌رود که خورشید حدود 5 میلیارد سال از اکنون وارد مرحله ستاره بزرگ قرمز شود، طبق خطوط زمانی تکامل ستاره‌ای استاندارد که توسط Euronews نقل قول شده‌اند، بنابراین نافذه ناپایداری تازه‌شناخت‌شده هنوز بسیار فراتر از هر مقیاس زمانی انسانی رخ خواهد داد. این یافته نحوه درک ستاره‌شناسان از مقدر دینامیکی درازمدت سیستم‌های سیاره‌ای را هنگامی که ستاره میزبانشان می‌میرد، تجدید نظر می‌کند، نه اینکه بر خطر نزدیک‌مدت برای زمین یا منظومه شمسی کنونی اشاره کند.

نقل‌قول به فرضیه تاریخی آیزاک نیوتن اشاره می‌کند که مدارهای سرگردان مشتری و زحل نشان می‌دهد ترتیب سیاره‌ای ممکن است ابدی نباشد، ایده‌ای که نویسندگان مقاله جدید می‌گویند شبیه‌سازی‌های آنها در نهایت پشتیبانی می‌کنند، اگرچه در مقیاس زمانی مرتبط با مرگ خورشید به‌جای سرگردانی مداری امروزی.