Смоделировано сближение Солнечной системы с чужой звездой

Ученые Университета Торонто в Канаде раскрыли разрушительные последствия из-за сближения чужой звезды с Солнечной системой. Это может не оказать немедленного эффекта на судьбу планет, но оно на порядок повысит риск дестабилизации орбит в течение следующих пяти миллиардов лет.

Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, препринт доступен в репозитории arXiv.

Исследователи провели моделирование 2880 пролетов звезд мимо Солнечной системы по случайным гиперболическим траекториям, анализируя эффекты от возмущения орбит внешних планет в промежутке времени до 4,8 миллиарда лет после пролета. Все симуляции были разделены на контрольную группу (960 симуляций), где возмущения слишком малы, и экспериментальную (1920 симуляций), где возмущения различимы на фоне цифрового шума.

В первой группе четыре симуляции закончились столкновением Меркурия с Венерой; из второй в 20 симуляциях Меркурий столкнулся с Венерой, в одной — Земля с Марсом, в двух Уран покинул Солнечную систему, в одной это сделал Нептун и еще в одной — Меркурий.

Ученые показали, что пролеты звезд существенно не влияют на стабильность Солнечной системы, если отклонение орбиты Нептуна не превышает 0,1 процента. Если рассматривать звездные среды, подобные окрестностям Солнца, то пролеты, которые могут привести к сильным возмущениям, происходят не чаще одного раза в 100 миллиардов лет. Однако для планетных систем, находящихся в более плотных галактических средах, такие пролеты гораздо более вероятны и происходят в течение жизни системы, значительно влияя на конфигурации орбит.

Возмущения орбиты внешних планет передаются к остальным крупным телам, увеличивая вероятность дестабилизации внутренней части планетной системы из-за секулярных резонансов

. Если относительные возмущения большой полуоси орбиты Нептуна все же превысит 0,1 процента, то вероятность дестабилизации вырастет на порядок в течение пяти миллиардов лет. При отклонении большой полуоси орбиты Нептуна на 10 процентов (соответствует почти трем астрономическим единицам) нестабильность проявляется в ста процентах случаев. К такому сценарию может привести пролет звезды массой Солнца на расстоянии 250 астрономических единиц со скоростью 20 километров в секунду.

Ученые также исследовали эволюцию звездно-планетных систем, которые испытывают на себе влияние нескольких пролетов, идущих друг за другом. Результирующий эффект напоминает полеты Леви, когда система совершает серию коротких перемещений в случайном направлении, но в промежутках между ними происходят длинные перемещения. Аналогично, орбиты планет эволюционируют не вследствие ряда мелких возмущений, а из-за крупного возмущения, превышающего некую критическую силу.