چه می‌شود اگر ستاره‌ای سرگردان با منظومه شمسی برخورد کند؟

ستاره‌ها ازنظر گرانشی به کهکشان خود وابسته‌اند و هماهنگ با محیط اطرافشان حرکت می‌کنند؛ اما گاهی این اتصال‌ها از بین می‌روند. برای مثال اگر ستاره‌ای بیش از حد به یک سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم نزدیک شود، سیاه‌چاله می‌تواند آن را به شکل ستاره‌ای سرگردان در فضا دفع کند؛ اما چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر این ستاره‌های سرگردان به زمین نزدیک شوند؟ در پاسخ باید گفت، گرچه این اتفاق چندان محتمل نیست، اما احتمال آن صفر هم نیست.

پس از چند میلیارد سال، منظومه‌ شمسی ما به وضعیت نسبتا پایداری رسیده است. سیاره‌ها همان‌طور که باید حرکت می‌کنند و خورشید در مرکز آن‌ها قرار دارد؛ اما اگر ستاره‌ای دیگر بیش از اندازه نزدیک شود، پیوندهای گرانشی نامرئی که همه‌چیز را کنار یکدیگر حفظ می‌کنند، از هم می‌پاشند.

زمین سیاره‌ای کوچک است و جرم آن به سه میلیونیم جرم خورشید می‌رسد. سرنوشت سیاره ما به خورشید و گرانش آن وابسته است و اگر ستاره‌ی دیگری این هماهنگی کشندی را بر هم زند، زمین در الگوی گرانشی جدیدی قرار خواهد گرفت.

به گزارش ساینس‌آلرت، پژوهشی جدید به این پرسش پاسخ می‌دهد: چه اتفاقی رخ می‌دهد اگر ستاره‌ای سرگردان در فاصله‌ی ۱۰۰ واحد نجومی از خورشید قرار بگیرد. عنوان مقاله عبارت است از: «مسیرهای آینده منظومه شمسی: شبیه‌سازی‌های دینامیک روبه‌رو شدن با ستاره‌ای در فاصله صد واحد نجومی»

می‌دانیم ثبات قابل پیش‌بینی منظومه‌ شمسی ما برای همیشه دوام نمی‌آورد. خورشید به مسیر تکاملی خود ادامه می‌دهد و در نهایت طی چند میلیارد سال آینده به درخششی بالا می‌رسد. زمین در نزدیکی لبه‌ داخلی کمربند حیات قرار دارد و اگر اندکی به خورشید نزدیک‌تر شود، تعادلی که به پایداری آب مایع روی سطح آن منجر می‌شود، از بین خواهد رفت.

در بازه‌ی حدود یک میلیارد سال، تنها یک درصد احتمال روبه‌رو شدن با ستاره‌ای سرگردان وجود دارد، اما پیامدهای این اتفاق چیست؟ آیا زمین از کمربند حیات خارج می‌شود؟

زمین تقریبا یک میلیارد سال دیگر می‌تواند شرایط سطحی زیست‌پذیر خود را حفظ کند. با اینکه تکامل مدار سیاره‌ها به شدت تحت تأثیر انحراف‌های شدید قرار دارد، ستاره‌ای سرگردان می‌تواند پیامدهای شدیدی برای مدار آن‌ها داشته باشد.

برای مثال کاپا کاسیوپیا، ستاره‌ای در فاصله‌ی ۴۰۰۰ سال نوری است و هرگز به ما نزدیک نخواهد شد. ستاره‌های دیگر مانند ۶۷۵ ستاره‌ی سرگردان دانشگاه واندربیلت که در سال ۲۰۱۲ کشف شدند، پس از برهم‌کنش با سیاه‌چاله کلان‌جرم راه شیری دفع شدند و مسیر حرکتشان نزدیک به زمین نخواهد بود.

حتی در راه شیری بخش زیادی از فضا خالی است و مسیر عبور ستاره‌های سرگردان هرگز به منظومه‌های خورشیدی نزدیک نخواهد بود. گرچه احتمال چنین اتفاقی اندک است، وقتی نگاهی کلی به کهکشان داشته باشیم، قطعا یک عبور ستاره‌ای در کهکشان در فاصله‌ی ۱۰۰ واحد نجومی از ستاره‌ای دیگر خواهیم یافت؛ اما آیا ممکن است ستاره‌ی هدف خورشید باشد؟ در این صورت چه اتفاقی برای زمین رخ خواهد داد؟

پژوهشگرها به اجرای شبیه‌سازی‌های N جرمی پرداختند تا به این ترتیب به بررسی خروجی‌های احتمالی برای زمین بپردازند. آن‌ها کار را با هشت سیاره‌ منظومه شمسی آغاز کردند و یک ستاره سرگردان را به مدل خود اضافه کردند. همچنین جرم ستاره‌های سرگردان شبیه‌سازی شده را با جرم ستاره‌ای مجاور تطبیق دادند. آن‌ها سرعت اولیه‌ی ستاره‌های سرگردان را نیز متناسب با محیط اطراف بررسی کردند. سپس به شبیه‌سازی سرعت‌ها و مسیرهای مختلف ستاره پرداختند تا به طیفی از خروجی‌های مرتبط با زمین برسند. در مجموع، پژوهشگرها به ۱۲ هزار شبیه‌سازی دست یافتند.

به نوشته‌ی مؤلفان، اگر ستاره‌ای در فاصله‌ی ۱۰۰ واحد نجومی از خورشید قرار بگیرد به احتمال بیشتر از ۹۵ درصد هر هشت سیاره منظومه شمسی جان سالم به در می‌برند. مقیاسی به نام فقدان تکانه‌ی زاویه‌ای (AMD) بر اثر عبور ستاره می‌تواند اتفاق‌های بعدی را تعیین کند. AMD مقیاس برانگیختگی مداری منظومه سیاره‌ای و پایداری طولانی‌مدت آن است؛ اما اگر یکی از سیاره‌های منظومه شمسی از دست برود، چه اتفاقی رخ خواهد داد؟

شبیه‌سازی پژوهشگرها، نتایج واگرایی را به دنبال داشت. عطارد آسیب‌پذیرترین سیاره است و بر اساس شبیه‌سازی، بر اثر برخورد با خورشید از بین خواهد رفت. دیگر نتایج عبارت‌‌ا‌ند از: برخورد زمین با زهره، دفع غول‌های یخی اورانوس و نپتون، باقی‌ماندن صرفا زمین و مشتری یا فقط مشتری. در یک نتیجه‌ی آخرالزمانی، کل هشت سیاره از منظومه شمسی دفع می‌شوند.

نتایج‌ دیگر کمتر درخورتوجه هستند. بر اساس این نتایج، کل هشت سیاره بدون تغییر باقی می‌مانند، دچار اندکی انحراف می‌شوند یا در سناریوی سوم، انحراف شدیدی پیدا می‌کنند. گرچه هشت سیاره در اغلب شبیه‌سازی‌ها جان سالم به در می‌برند، این بقا می‌تواند معانی مختلفی داشته باشد. با اینکه سیاره‌ها در منظومه‌ی شمسی باقی می‌مانند و از نظر گرانشی هم به خورشید متصل هستند، مدارشان به‌شدت مختل خواهد شد. مدار برخی از آن‌ها می‌تواند حتی به داخل ابر اورت پرتاب شود.

پژوهشگرها همچنین ده نمونه از محتمل‌ترین خروجی‌ها را برای نابودی سیاره‌ها فهرست کردند. آن‌ها می‌نویسند:

متداول‌ترین مسیرهای نابودی سیاره‌ها را تعیین کردیم، با این‌حال به یاد داشته باشید احتمال بقای سیاره‌ها در صورت عبور ستاره‌ای از فاصله‌ی ۱۰۰ واحد نجومی، مساوی یا بیشتر از ۹۵ درصد است.

احتمال‌ها به این شرح هستند:

وقتی بحث سیاره‌های دفع‌شده مطرح می‌شود، اورانوس و نپتون بارزترین نمونه‌ها هستند. البته این نتیجه تعجب‌آور نیست زیرا این سیاره‌ها به دلیل فاصله‌ی دور از خورشید، پیوند گرانشی ضعیف‌تری با آن دارند. همچنین عجیب نیست که عطارد هم با خورشید برخورد کند، چرا که به دلیل جرم کم، با ریسک بالاتر انحراف بر اثر عبور ستاره‌ی سرگردان روبه‌رو است.

در رابطه با زمین، مجموعه‌ی گسترده‌ای از خروجی‌های احتمالی مطرح می‌شود. بر اساس فهرست فوق، احتمال برخورد زمین با سیاره‌ای دیگر ۰٫۴۸ درصد است؛ اما سرنوشت دیگری هم در انتظار زمین است که چندان خوشایند نیست: تبعید به ابر اورت.

نتیجه‌ی عجیب دیگر از شبیه‌سازی‌ها نیز شایسته توجه است: افتادن زمین در دام ستاره سرگردان. بر اساس این شبیه‌سازی، ستاره‌ی سرگردان اندکی کم‌جرم‌تر از خورشید است و با سرعت نسبتا اندکی به منظومه شمسی ما نزدیک می‌شود.

مقاله‌ی یادشده مجموعه‌ی گسترده‌ای از احتمال‌ها از جمله برخورد ماه با زمین، افتادن ماه و زمین به دام ستاره‌ی سرگردان و حتی نابود شدن کل سیاره‌ها و قمرهایشان را درنظر می‌گیرد؛ اما احتمال وقوع این رخدادها بسیار اندک است.

با این‌حال چگونه ممکن است زمین در چنین برخوردی زیست‌پذیر باقی بماند؟ اگر مدار زمین تغییر کند، سیاره قطعا سردتر یا گرم‌تر خواهد شد.

سرنوشت‌های احتمالی بیشتر هم وجود دارند. برای مثال زمین می‌تواند به‌عنوان سیاره‌ای سرگردان به مدت یک میلیون سال یا بیشتر دوام بیاورد تا جایی که سطح آن منجمد شود. یا با افتادن به دام ستاره‌ی سرگردان در ترکیبی جدید، زیست‌پذیری خود را حفظ کند.

در نهایت احتمال عبور ستاره‌ای از فاصله‌ی ۱۰۰ واحد نجومی بسیار اندک است و بر اساس شبیه‌سازی‌ها حتی در صورت وقوع این اتفاق، هر هشت سیاره نجات پیدا می‌کنند، گرچه مدار آن‌ها اندکی با مدار فعلی تفاوت خواهد داشت. به‌طورکلی با وجود گوناگونی مسیرهای تکاملی، به احتمال بسیار زیاد وضعیت فعلی منظومه شمسی ما تغییر نخواهد کرد.