Saulės sistema, su savo aštuoniomis planetomis, gausybe palydovų ir mažesnių kūnų, atrodo stabili ir amžina. Aišku, kartais kokia nauja kometa pralekia pro Saulę, ar koks asteroidas pakeičia orbitą ir pataiko į Žemę. Bet planetos ir jų palydovai sukasi savo orbitomis, kurios nekinta amžių amžius. Ir tikrai – Saulės sistema stabilizavosi keliasdešimt milijonų metų po susiformavimo ir nuo tada išliko praktiškai nepakitusi. Kitos planetinės sistemos greičiausiai vystosi panašiai: jaunystėje patiria sukrėtimų, o vėliau nusistovi į daugiau ar mažiau stabilią konfigūraciją. Pradiniai sukrėtimai gali būti kelių rūšių. Apie planetų migraciją – tiek dėl trinties su protoplanetiniu disku, tiek dėl gravitacinės sąveikos su kaimynėmis – esu rašęs. Šįkart siūlau susipažinti su kitu sukrėtimų šaltiniu – aplinkinėmis žvaigždėmis, kurios gali ne tik sujaukti planetų orbitas, bet net ir jas pavogti. O kartu paieškosime atsakymo ir į klausimą, ar tokie sukrėtimai gresia Saulės sistemai ateityje.

Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito euro per mėnesį, paremkite mane ir jūs.

Pradžioje išsiaiškinkime, ko reikia, kad viena žvaigždė atplėštų planetą nuo kitos. Planetą jos orbitoje laiko žvaigždės gravitacija. Jos stiprumas priklauso nuo atstumo iki žvaigždės ir nuo žvaigždės masės. Gravitacijos poveikį galime įsivaizduoti kaip duobę, kuri prie pat žvaigždės yra labai gili, o tolstant tolydžio seklėja, tačiau niekada netampa nulinė. Tokios metaforinės duobės vadinamos „gravitaciniais šuliniais“. Netoliese atsiradus kitai žvaigždei, šulinio forma išsikreipia – greta atsiranda antras šulinys. Ten, kur jie susiliečia, susidaro tarsi barjeras – menama riba, kurios vienoje pusėje dominuoja vienos žvaigždės gravitacija, priešingoje – kitos. Jei planeta patenka į kitą barjero pusę, žvaigždės-prašalaitės gravitacija gali ją pasigriebti ir nusinešti su savimi. Iš tiesų situacija truputį sudėtingesnė, nes svarbu įvertinti ir planetos judėjimo orbita efektą, bet principas išlieka panašus. Beje, lygiai tokie patys skaičiavimai gali būti daromi ir žvaigždės bei planetos gravitacijų tarpusavio balansui įvertinti. Štai ties Saulės ir Žemės balanso tašku, vadinamu pirmuoju Lagranžo tašku (jų dar yra keturi kiti) skrajoja kelios Saulės stebėjimų laboratorijos, nes ten būnant lengva išlaikyti padėtį, nekintančią Saulės ir Žemės atžvilgiu. Bet planetų trajektorijos gerai žinomos, todėl didelių perturbacijų sistemoje nesukelia (nebent pro šalį pralekia koks asteroidas). O štai žvaigždė-prašalaitė gali viską sujaukti.

Akivaizdu, kad kuo planeta toliau nuo žvaigždės, tuo ją atplėšti lengviau. Kita vertus, tolimos planetos orbita ilgesnė ir užima daugiau vietos, tad yra didelė tikimybė, kad pro šalį lekianti žvaigždė pralėks kitoje žvaigždės pusėje, nei tuo metu yra orbita. Prieš maždaug metus mokslininkai išnagrinėjo tokio scenarijaus variacijas ir nustatė daug įdomių dalykų. Jų scenarijuje žvaigždė pralekia 100 astronominių vienetų (AU) nuotoliu – šimtą kartų toliau, nei skiria Žemę nuo Saulės, arba kiek daugiau nei trigubai toliau už Neptūno orbitą. 95 iš šimto atvejų toks praskridimas planetų orbitoms neturi pastebimos įtakos (modelyje nenagrinėta įtaka mažesniems kūnams – jos išvengti nepavyktų, tad net ir šiais atvejais planetoms grėstų bombardavimas iš Kuiperio žiedo atlėkusiais kūnais). Likusiais penkiais procentais atvejų pasekmės yra katastrofiškos. Labiausiai tikėtina iš jų – Merkurijaus nukritimas į Saulę, kuris nutiko 2,5% visų modelių. Taigi didžiausią pavojų praskrendančios žvaigždės kelia ne Saulės sistemos pakraščio planetoms, o pačiai vidinei. Sekantys du labiausiai tikėtini scenarijai, kurių kiekvieno tikimybė maždaug po 1,2% – Marso įkritimas į Saulę ir Veneros susidūrimas su kita planeta. Vienintelė pasekmė išorinėms planetoms, kurios tikimybė viršija 1%, yra Urano išmetimas iš sistemos. Neptūno išmetimo tikimybė siekia beveik procentą. Taip pat egzistuoja mažytė tikimybė – nuo keturių iki 46 iš milijono – kad kuri nors planeta nuskries paskui žvaigždę-atklydėlę ir taps jos palydove. Čia mažiausia tikimybė yra Merkurijui, didžiausia – Uranui. Žemei ji siekia 11 dalių iš milijono. Plačiau – tikrai labai detaliai – apie šį tyrimą vienas jo autorių rašo savo tinklaraštyje.

Kiek tikėtinas aukščiau aprašytas scenarijus? Trumpai tariant – menkai. To paties tyrimo autoriai įvertino, kad 100 AU ar mažesniu atstumu kita žvaigždė vidutiniškai praskrieja kas 100 milijardų metų, arba kad turime 1% tikimybę tokio praskridimo sulaukti per artimiausią milijardą metų. Taigi nerimauti dėl tokių katastrofų tikrai neverta. Iš kitos pusės, jei padauginsime šią tikimybę iš žvaigždžių skaičiaus Paukščių Take, o jų čia yra keli šimtai milijardų, pamatysime, kad tokie praskridimai kur nors Galaktikoje nutinka kasmet. Šiuo metu manoma, kad planetų turi kone kiekviena žvaigždė. Jei laikysime, kad kitos planetinės sistemos vidutiniškai panašios į Saulės, katastrofiškas orbitų pergrupavimas dėl pro šalį lekiančios kitos žvaigždės kur nors Galaktikoje nutinka dažniau nei kartą per 20 metų, o į kitos žvaigždės glėbį planeta pagrobiama kartą per tūkstantį-kitą metų.

O jei kita žvaigždė praskristų didesniu atstumu? Tada planetų orbitų destabilizavimas dar mažiau tikėtinas, bet mažųjų kūnų perturbacijos ir po jų sekantis kometų ir asteroidų antplūdis į centrinę sistemos dalį – tikrai įmanomas. Tokio įvykio tikimybė, aišku, didesnė už artimesnio praskridimo, bet vis tiek nelabai aukšta. Štai per 100 tūkstančių metų tik keturios žvaigždžių sistemos – Kentauro Alfos-Proksimos trinarė, Barnardo žvaigždė, Ross 248 ir Gliese 445 – apsilankys arčiau Saulės, nei dabartinis Kentauro Proksimos atstumas (1,3 parseko arba kiek daugiau nei 260 tūkstančių AU); artimiausia iš jų bus Ross 248 – po 38 tūkstančių metų ji priartės per 0,9 parseko arba 180 tūkstančių AU. Manoma, kad Saulės sistemą gaubiantis Oorto debesis, iš kurio atlekia kometos, gali driektis net ir 200 tūkstančių AU, bet tokiu atstumu perturbuotiems ledo gumulams pasiekti Saulės sistemos centrą prireiks dar ne vieno tūkstančio metų. Ilgesniais laiko tarpais, žinoma, sulauksime artimesnių praskridimų: prieš 215 tūkstančių metų viena žvaigždė pralėkė 27 tūkstančių AU nuotoliu, po dviejų milijonų metų sulauksime vizito trijų tūkstančių AU atstumu, po 1,3 milijono metų – 13 tūkstančių AU. Šie įvykiai gali turėti reikšmingą poveikį Žemės (ar kitų planetų) klimatui ir paviršiui, bet pačių planetų iš savo orbitų neištemps. Iš kitos pusės, nors orbitos nebus destabilizuotos, jos gali šiek tiek pasikeisti, tad tokie žvaigždžių praskridimai labai apsunkina – ar net padaro visiškai neįmanomus – Žemės orbitos pokyčių praeityje skaičiavimus, kurie labai svarbūs siekiant paaiškinti klimato variacijų priežastis.

Visi aukščiau pateikti skaičiavimai tinkami žvaigždėms, kurių aplinka panaši į Saulės – t.y. tokioms, kurios skrieja Paukščių Tako diske, bet nepriklauso jokiam spiečiui, ir nėra arti Galaktikos centro. Jos dar vadinamos „lauko“ žvaigždėmis. Spiečiuose, kaip ir Galaktikos centre, situacija kitokia: ten viename kubiniame parseke gali tilpti šimtai ar net tūkstančiai žvaigždžių, o ne mažiau nei viena, kaip Saulės aplinkoje. Taigi vidutiniai atstumai tarp žvaigždžių ten apie 20 kartų mažesni, nei mūsų apylinkėse, todėl ir praskridimų per tam tikrą laiko tarpą galime tikėtis kokius 20 kartų artimesnių. O kaip apskaičiuoti, kiek dažnesni praskridimai konkrečiu atstumu? Tam verta įsivaizduoti liniją, kurią žvaigždė brėžia skriedama erdvėje. Erdvės regionas, nutolęs tam tikru atstumu nuo šios linijos, sudaro cilindrą. Dvigubai didesnis atstumas duos keturis kartus didesnio tūrio cilindrą, taigi ir tikimybė rasti kitą žvaigždę cilindre išaugs keturis kartus. Vadinasi, atstumams tarp žvaigždžių sumažėjus 20 kartų, praskridimo tikimybės išaugs 20^2 = 400 kartų. Kitaip tariant, jei aukščiau aprašytas planetų orbitoms pavojų keliantis scenarijus Saulės sistemai gresia tik per 100 milijardų metų, spiečiuje esančiai panašiai sistemai jis gali nutikti kas 250 milijonų metų.

250 milijonų metų – panašus laiko tarpas į tai, kiek gyvavo žvaigždžių spiečius, kuriame gimė Saulė: pagal kai kuriuos vertinimus pusė pradinės jo masės, veikiama aplinkos, nubyrėjo per 350-400 milijonų metų, nors kitur rašoma, kad tokie spiečiai gyvuoja „kelis-keliasdešimt milijonų metų“. Visgi atrodo tikėtina, jog gimtajame spiečiuje Saulė patyrė bent vieną artimą prasilenkimą su kita žvaigžde. Ar tai galėjo paveikti planetų formavimąsi ar jų išsidėstymą? Galbūt, nors tvirtų įrodymų neturime. Tačiau įmanoma, kad Saulė tokiame prasilenkime sudalyvavo ne kaip auka, o kaip vagilė, ir pasigriebė planetą sau. Tai galėtų paaiškinti kol kas hipotetinės Devintosios planetos egzistavimą toli sistemos pakraštyje (apie Devintosios planetos hipotezę ir paieškas išsamiau rašiau prieš keletą metų).

Apskritai pagrobimas gali būti vienintelis būdas masyvioms žvaigždėms „įgyti“ planetų. Neseniai keletas tokių planetų atrasta, bet jų egzistavimas orbitose aplink daugiau nei šešis kartus už Saulę masyvesnes žvaigždes kelia daug klausimų. Šios žvaigždės, kaip ir mažesnės, tik gimusios turi dujų-dulkių diskus, tačiau milžiniškas žvaigždės šviesis ir greitesnė evoliucija diską turėjo labai greitai išardyti. Taigi laiko susiformuoti planetoms greičiausiai nepakako. Bet, pasirodo, šios žvaigždės galėjo sėkmingai pasivogti planetas iš kaimynių, prie kurių formavimasis vyko efektyviau. Pasitelkę skaitmeninius modelius, astronomai nustatė, kad per pirmus 10 milijonų metų po žvaigždžių grupės susiformavimo joje turėtų įvykti vienas artimas prasilenkimas tarp dviejų žvaigždžių arba žvaigždės ir laisvai skrajojančios planetos, po kurio planeta nulekia su masyviąja žvaigžde. Tokie skaičiai leidžia daryti išvadą, kad didžioji dalis planetų, nutolusių daugiau nei 100 AU nuo savo žvaigždžių, greičiausiai susiformavo kur nors kitur, nei dabartiniai jų namai.

Laiqualasse