Gubitak mase pri kraju Sunčeva života mogao bi destabilizirati orbite Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna mnogo ranije nego što su predviđali dosadašnji modeli. Nove simulacije pokazuju da bi niz kratkih, nejednako usmjerenih izbačaja plina mogao poremetiti putanje planeta već dok Sunce prolazi kroz faze divovske zvijezde. U nekim simuliranim sustavima planeti su pritom izbačeni u međuzvjezdani prostor.
Ishod ovisi o tome kako zvijezda odbacuje materijal. Postupan gubitak mase bez naglih izbačaja uglavnom samo proširuje planetarne orbite. Kratki, asimetrični izbačaji mijenjaju i gibanje same zvijezde, a njihovi uzastopni impulsi mogu promijeniti raspored vanjskih planeta.
Konstantin Batygin i Jim Fuller s Caltecha te Fred Adams sa Sveučilišta u Michiganu usporedili su 672 takva scenarija u radu objavljenom u časopisu The Astrophysical Journal Letters. Njihovi izračuni pokazuju da je za stabilnost sustava važna količina plina koju Sunce izbaci u svakom pojedinom događaju.
Kako se orbite šire dok Sunce gubi masu
Sunce će tijekom završnih faza svoje evolucije izgubiti velik dio mase. Nakon što odbaci vanjske slojeve, od njega će ostati bijeli patuljak, gusti zvjezdani ostatak. Odbačeni plinski omotač može zasvijetliti kao planetarna maglica, dok će planeti kružiti oko zvijezde čija je gravitacija znatno oslabjela.
U modelu koji su autori koristili završna masa Sunca iznosi oko 54 posto današnje. Ako bi Sunce gubilo masu postupno, bez naglih izbačaja, orbite četiriju divovskih planeta proširile bi se približno 1,85 puta. Međusobni odnosi njihovih orbitalnih perioda ostali bi gotovo nepromijenjeni, pa bi sustav u osnovi bio povećana verzija današnjega.
Kontrolne simulacije potvrdile su taj ishod: planeti su se udaljili od Sunca, ali njihov raspored ostao je stabilan tijekom više milijardi godina praćenja.
Na potrebu za drukčijim modelom upućuju opservacije bijelih patuljaka. Njihova gibanja pokazuju da pri nastanku mogu dobiti mali dodatni impuls. Ako zvijezda izbaci više materijala u jednom smjeru nego u drugom, dobiva trzaj u suprotnom smjeru. Takvo asimetrično izbacivanje jedno je od mogućih objašnjenja izmjerenih gibanja.
Tisuće malih trzaja mijenjaju putanje
Autori su u model Sunčeve evolucije uključili izbačaje različitih masa. U referentnom scenariju svaki je odnosio oko jednu desettisućinku današnje Sunčeve mase. Ukupno ih je bilo približno 4600, a smjer svakog izbačaja biran je neovisno o prethodnima.
Planeti nisu pri svakom takvom događaju na istim položajima. Uzastopni pomaci zvijezde postupno mijenjaju njihove putanje, odnose orbitalnih perioda i međusobne nagibe. Promjene se nakupljaju, a orbite mogu postati dovoljno izdužene da se planeti počnu snažno gravitacijski ometati.
U referentnoj varijanti s izbačajima tijekom cijelog razdoblja divovske zvijezde, oko 40 posto simuliranih sustava izgubilo je početni raspored planeta prije nastanka bijelog patuljka: bliski gravitacijski susreti snažno su promijenili njihove orbite ili izbacili planet iz sustava. Među prikazanim ishodima bili su izbacivanje Saturna te zamjena redoslijeda orbita Urana i Neptuna.
Kada su iste sustave pratili još tri milijarde godina nakon nastanka bijelog patuljka, udio nestabilnih sustava u toj varijanti dosegnuo je 96 posto. Ako su asimetrični izbačaji djelovali samo u kasnijoj fazi evolucije zvijezde, udio je bio 83 posto.
Ti postoci pripadaju konkretnom modelu i odabranim veličinama izbačaja. Kod mnogo manjih pojedinačnih izbačaja sustavi su uglavnom ostajali stabilni. Nije dovoljno samo izbacivati plin u odvojenim događajima: kontrolni scenariji sa simetričnim izbacivanjem nisu proizveli isti poremećaj.
Milijarda godina računa se od bijelog patuljka
Prema ranijim procjenama, vanjske bi planete destabilizirale vrlo spore promjene njihovih orbita ili prolazak drugih zvijezda uz sustav. Novi model pokazuje da bi samo Sunčevo izbacivanje mase moglo izazvati nestabilnost znatno ranije, otprilike milijardu godina nakon nastanka bijelog patuljka.
To ne znači da će se opisani događaji odviti milijardu godina od danas. Sunce prije toga tek treba proći kroz svoje završne evolucijske faze. Rad se bavi divovskim planetima, a ne daje novu konačnu prognozu o tome hoće li Sunce progutati Zemlju.
U dijelu simulacija planeti su nakon promjene orbita ipak ostali u stabilnom sustavu. Kod blažih izbačaja neki su parovi dospjeli u orbitalne rezonancije: vremena njihovih obilazaka bila su u pravilnom omjeru, a takav raspored opstao je do kraja praćenja. Koji će ishod prevladati oko Sunca ovisi o još nesigurnim svojstvima njegovih budućih izbačaja, ponajprije njihovoj masi i asimetriji.
