围绕这颗类太阳恒星的三颗行星注定要毁灭

熊明青

一颗遥远的类太阳恒星将离开主序，结束它的聚变生命。然后它会膨胀成一颗红巨星，彻底摧毁它的四颗行星。鸣谢:fsgregs知识共享署名-共享3.0未发布

（）据今日宇宙（埃文·高夫）：根据新的研究，我们可以开始为距离我们大约57光年的一颗类日恒星周围的四颗系外行星写悼词了。但是不要着急。在恒星变成红巨星并开始吞噬它们之前，我们大约有10亿年的时间。

这颗恒星是Rho Coronae Borealis，是一颗像我们太阳一样的黄矮星。它位于北极光星座，质量、半径和亮度几乎与太阳相同。但是太阳的年龄大约是50亿岁，RCB是它的两倍，这意味着它的红巨星阶段正在逼近，至少从天体物理学的角度来看是这样。

一篇发表在arXiv预印本服务器上并被《天体物理学杂志》接受发表的新论文介绍了这些结果，并提出了一些问题，即当恒星变成红巨星时，恒星可居住带中的系外行星会发生什么变化。这篇论文的标题是“Rho CrB系统内的行星吞没预测”，唯一的作者是来自加州大学河滨分校地球和行星科学系的Stephen R. Kane。

凯恩写道:“主序后的恒星演化可能会导致行星系统架构发生戏剧性的，有时是创伤性的变化，例如行星的潮汐破裂和宿主恒星的吞没。”Kane说，Rho Coronae Borealis既古老又明亮，这使得它成为“……高级主序列进化的一个特别有趣的例子”。不仅因为它与太阳相似，易于观测，还因为它拥有四颗系外行星。

Kane使用恒星演化模型试图确定Borealis的未来，以及它的行星的未来。在1到15亿年后，这颗恒星将离开主序，成为一颗红巨星。红巨星可以膨胀到史诗般的比例，有些可以膨胀到直径10亿公里。当我们的太阳在几十亿年后变成一个时，它膨胀的形式可能会吞噬或至少摧毁所有的内行星。

Rho CrB也不例外。

它有四个已知的系外行星，名为Rho Coronae Borealis b、c、d和e。它们是按照发现的顺序命名的，而不是距离恒星的距离。最危险的三颗行星是e、b和c，它们是离恒星最近的行星。

这四颗行星的质量从超级地球到类木行星不等。它们都比地球到太阳更靠近恒星，最里面的两颗行星比水星到太阳更靠近它们的恒星。它们被紧紧包裹在内太阳系中，这就是它们的末日。

研究表明，e、b和c的情况最差。Rho CrB完全可以吞没这三颗行星。

行星被膨胀的恒星吞噬会有不同的结果，这取决于系统的整体结构。行星可能需要几十年的时间才能盘旋着靠近恒星。在途中，它们会被蒸发掉。当它们达到罗氏极限时，也可能被潮汐破坏所摧毁。在这种情况下，它们增加了恒星的体积，帮助它膨胀得更厉害。

根据一些研究，对于3到5天文单位的亚木星质量的行星，它们的命运是确定的。无处可逃。但对其他人来说，尽管处境艰难，可能还是有出路的。

有时，科学模型显示，随着恒星膨胀，行星开始以不同的方式相互引力作用。随着恒星的膨胀，它也在不断融合物质的同时失去质量。这在系统中产生了潮汐效应，在某些情况下，它可以驱动行星进入平均运动共振，也可以驱动它们远离恒星。所以，有一条潜在的逃跑路线。不过，很难提前确定到底会发生什么。



这张研究图显示了Rho CrB系统及其四颗行星。乐观宜居带的内部边缘显示为绿色，就在最外行星d的轨道之外

但如果一些确实存活了下来，研究人员认为它们可以存活下来，因为恒星会将红巨星分支(RGB)留在身后。当恒星进入渐近巨分支(AGB)阶段时，它们甚至可能存活下来。AGB阶段类似于RGB阶段，但是RGB恒星在其内核和外壳中具有略微不同的化学成分。但是恒星的细节对行星的命运并不重要。

对于一些行星来说，有一个可能的逃离路线，但是同样的潮汐相互作用可以拯救一个行星，也可以对它不利。相互作用也能驱使一颗行星向内靠近恒星，导致更早的死亡。研究人员正通过观察离开主序的恒星，积极地试图理解所有这些过程。

为了了解Rho CrB系统中可能发生的事情，凯恩绘制了这颗恒星未来的质量、光度和半径。

凯恩还绘制了这颗恒星将经历的变化以及四颗系外行星的位置。这让行星面临的危险暴露无遗。

那么当涉及到Rho CrB及其行星的细节时，模型和模拟能提供多少细节呢？

“虽然所有的行星都将进入Rho CrB的恒星大气，但它们各自的预测差异很大，”凯恩解释道。

最里面的行星e可能是类地行星。它将是第一个消失的，当恒星深深吞没它时，它可能会蒸发掉。它的消亡可能会很快。

行星b是四颗行星中质量最大的，几乎是地球的350倍。它比木星质量更大，当它进入恒星膨胀的大气层时，阻力会使它呈螺旋状。它的命运是潮汐瓦解，因为它根本无法抓住自己。

b星球的命运会影响c星球的命运。如果行星b的物质使恒星膨胀得足够大，这可能会加速行星c被吞没而灭亡。同样的恒星膨胀和径向膨胀也可能会加速行星d被吞没而灭亡，这一切都发生在恒星离开RGB阶段之前。

行星c和d的质量都和海王星差不多，当它们盘旋着飞向恒星时，很可能会因蒸发而失去质量。

不幸的是，模型没有考虑轨道动力学。但是有可能有一个星球可以逃脱所有这些混乱。d星球是唯一有机会逃脱的星球。“我们的模型进一步没有包括轨道动力学的影响，这有可能导致行星d进一步向外迁移，并可能逃脱吞没，”凯恩写道。如果是的话，它有机会存活更长时间，可能是在一个新建立的可居住区。

那是可能的，但在这种情况下不太可能。“由于Rho CrB的内部行星在AGB阶段之前被吞没，轨道动力学不太可能在恒星质量损失期间和之后在系统中发挥主要作用，”他写道。



该图显示了Rho CrB将如何随时间变化。虚线代表恒星的当前年龄，灰色区域代表年龄的不确定性。顶部面板显示质量，中间面板显示半径，底部面板显示恒星过渡到RGB、水平分支和AGB时的光度。鸣谢:凯恩2023

没有办法确切知道在这个系统中会发生什么。但是天体物理学家正忙于观察其他太阳系寻找线索。到目前为止，没有太多可观察到的吞没证据，但这并不意味着它没有发生。

“到目前为止，行星吞没信号的观测证据仍然相对稀少，这表明要么吞没场景比预期的更罕见，要么信号检测比预期的更具挑战性，”论文指出。

目前，Rho CrB的具体细节可能超出了我们的观测范围或模拟和模型的范围。但是不可否认潜在的灾难性后果。

凯恩写道:“恒星在主序上的演化，膨胀成一颗巨星，然后最终收缩成一颗白矮星，对轨道行星有着深远的影响。”“鉴于四颗已知行星的质量和半长轴，我们预测行星e将在恒星大气中蒸发，行星b将螺旋上升并受到潮汐干扰，可能会进一步膨胀恒星，行星c将在恒星大气中蒸发。”

d星球的命运不太确定，但它也可能被毁灭。它可能会在AGB阶段结束时在恒星内部蒸发。

可能在可居住带内还有其他行星没有被探测到。如果有的话，在RGB/AGB阶段，它们可以在HZ内部边缘的恒星演化中幸存下来。但在那之后，这颗恒星将会是一颗白矮星。这些行星，如果存在的话，将会在那时远离新的HZ。

要了解当太阳系的恒星离开主序时会发生什么，部分原因在于对它们的行星数量有一个准确的了解。遥远轨道上的巨行星可以影响内系统行星的命运，潜在地改变它们的轨道，并将其移动到更安全的距离。

这些类型的行星很难用凌日法探测到，但是未来改进的径向速度测量可以发现更多的行星。

这项研究特别有趣，因为我们的太阳将变成红巨星，最终变成白矮星。我们的家会怎么样？

不得而知，地球危在旦夕。它可能被摧毁，也可能进一步向外迁移。无论哪种方式，我们的太阳系将永远不会看起来一样。

幸运的是，这在未来太遥远了，对我们来说只是一种好奇。