В новом исследовании Константина Батыгина и его коллег из Калифорнийского технологического института предлагается другая картина судьбы внешней части Солнечной системы. Вместо того чтобы сохранять архитектуру планет на очень долгие времена после превращения Солнца в белого карлика, внешняя оболочка может начать разрушаться уже примерно через миллиард лет после этого превращения — из-за асимметричных, по сути импульсных потерь массы Солнца, которые приводят к хаотическим дрейфам орбит. Прежняя оценка в 10¹⁸ лет оказалась недооценкой; новая модель учитывает эпизодические выбросы вещества как источник ускоренных возмущений, накапливающихся во времени. Источник: исходные блоки 0, 7.

По данным работы, при плавной потере массы Sолнце сбросит примерно 46% своей массы, а орбиты гигантов — Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна — расширятся примерно в 1,85 раза, сохраняя при этом взаимное расположение в первоначальном смысле. В численных экспериментальных сценариях при таком сценарии орбиты остаются устойчивыми на очень больших временах, поэтому ожидалось, что гиганты после превращения Солнца в белого карлика могут существовать еще около 100 миллиардов лет, а динамическая нестабильность могла бы развязаться только на ~10¹⁸ лет. Источник: блоки 1.

Однако архивы наблюдений молодых белых карликов показывают другую возможность: звездный сброс массы может происходить не плавно, а частью отдельных выбросов — срывов внешней оболочки со скоростью отдачи около 0,75 км/с. Такой механизм предполагает множество отдельных импульсов в разное время и направления, каждый из которых в сумме ведет к случайному блужданию орбит. Источник: блоки 2.

Под влиянием гравитационного поля Солнца малые возмущения попадают в цепную реакцию: их накопление не уравновешивается, а усиливается, что приводит к смене орбитального движения планет. В результате орбиты начинают перестраиваться и менять параметры, а не просто усредняться. Источник: блок 3.

Авторы проверили гипотезу на численных моделях эволюции Солнца с участием четырех гигантов. При очень маленьких массах отдельных выбросов поведение внешней части системы близко к плавной потере массы. Но при массовых выбросах порядка 10⁻⁵ массы Солнца и выше орбиты начинают заметно перестраиваться. В расчётах, близких к оценкам массы отдельных выбросов, почти в 40% реализаций внешняя часть системы разрушалась или рассеивалась до образования белого карлика, а в целом около 90% смоделированных систем разрушались в первые 3 миллиарда лет после формирования белого карлика. Источник: блоки 5.

Разрушение внешней части не обязательно означает столкновения планет: может происходить гравитационное расшатывание, смена порядка, вылет из системы, а также захваты резонансных состояний. Например, Сатурн мог покинуть систему через миллионы лет, Уран и Нептун менялись местами, а перигелии смещались к пересечениям с орбитой Юпитера. В некоторых сценариях пары планет попадали в резонансы типа 5:2 (Юпитер—Сатурн) или 2:1 (Уран—Нептун), но резонанс не защищал систему: такие конфигурации порой разрушались чаще нерезонансных. Источник: блоки 6.

Итог исследования не отменяет прежние выводы, но объясняет основной их смысл: плавная утрата массы приводила бы к спокойному расширению внешней части, тогда как асимметричные импульсы и хаотические возмущения — наоборот — ускоряли разрушение. В наиболее реалистичном сценарии внешняя Солнечная система начинала разрушаться ещё до полного превращения Солнца в белого карлика, а ее динамическая жизнь после этого сокращалась с порядка 10¹⁸ лет до примерно одного миллиарда лет. Источник: блоки 7.

Для Земли эти результаты почти ничего не меняют: к тому времени, когда Солнце станет белым карликом, Земля уже окажется непригодной для жизни после стадии красного гиганта. Но работа Батыгина существенно меняет представление о финальной судьбе всей Солнечной системы. Источник: блоки 8.