Mặt trời sẽ có khối lượng bao nhiêu khi trở thành sao lùn trắng?

Trong 4 tỷ năm, khi Mặt trời của chúng ta trút bỏ tất cả các lớp khí bên ngoài và biến thành sao lùn trắng, sao lùn trắng sẽ có khối lượng bao nhiêu so với mặt trời ngày nay?

Các hành tinh sẽ vẫn quay theo cùng một cách, hay khối lượng giảm sẽ khiến quỹ đạo của các hành tinh thay đổi, để cuối cùng chúng rời khỏi hệ mặt trời?

Câu trả lời ngắn:

Mặt trời sẽ mất khoảng một nửa khối lượng trên con đường trở thành sao lùn trắng. Hầu hết sự mất mát hàng loạt này sẽ xảy ra trong vài triệu năm cuối đời, trong giai đoạn Aymptotic Giant Branch (AGB). Đồng thời bán kính quỹ đạo của Trái đất quanh Mặt trời sẽ tăng theo hệ số hai (cũng như các hành tinh bên ngoài). Thật không may cho Trái đất, bán kính của Mặt trời cũng sẽ đạt khoảng 2 au, vì vậy nó sẽ được nướng.

Có khả năng năng lượng liên kết giảm và độ lệch tâm tăng của Trái đất và các hành tinh bên ngoài sẽ dẫn đến sự mất ổn định động có thể dẫn đến sự phóng ra từ hành tinh. Điều này phụ thuộc rất nhiều vào sự phụ thuộc thời gian chính xác của sự mất mát khối lượng lớn, muộn và sự liên kết hoặc mặt khác của các hành tinh tại thời điểm đó.

Câu trả lời dài:

Những ngôi sao có khối lượng nhỏ hơn khoảng 8 khối lượng mặt trời sẽ kết thúc cuộc sống của chúng khi các sao lùn trắng theo thời gian tăng lên khi khối lượng ban đầu chính của chúng giảm. Các sao lùn trắng được hình thành có khối lượng thấp hơn các ngôi sao theo trình tự chính của tổ tiên của chúng, bởi vì phần lớn khối lượng ban đầu của một ngôi sao bị mất qua các cơn gió sao (đặc biệt là trong giai đoạn nhánh khổng lồ không đối xứng nhiệt ) và sự phóng ra cuối cùng của một tinh vân hành tinh. Do đó, sự phân bố hiện tại của các khối sao lùn trắng, đạt cực đại trong khoảng đến và với độ phân tán , phản ánh trạng thái cuối cùng của tất cả các sao chuỗi chính với$0.6$$0.7 M_{\odot}$$\sim 0.2 M_{\odot}$$0.9 <M/M_{\odot}<8 M_{\odot}$, đã có thời gian để tiến hóa và chết trong suốt cuộc đời Galaxy của chúng ta.

Thông tin đáng tin cậy nhất mà chúng tôi có về mối quan hệ giữa khối lượng chuỗi chính ban đầu và khối lượng sao lùn trắng cuối cùng (mối quan hệ khối lượng cuối cùng ban đầu hoặc IFMR) đến từ việc đo các tính chất của sao lùn trắng trong các cụm sao có tuổi. Quang phổ dẫn đến một ước tính khối lượng cho sao lùn trắng. Khối lượng ban đầu được ước tính bằng cách tính toán một chuỗi chính cộng với tuổi thọ nhánh khổng lồ từ chênh lệch giữa tuổi của cụm sao và tuổi làm mát của sao lùn trắng. Các mô hình sao sau đó cho chúng ta biết mối quan hệ giữa chuỗi chính cộng với tuổi thọ khổng lồ và khối lượng chuỗi chính ban đầu, do đó dẫn đến IFMR.

Một tổng hợp gần đây từ Kalirai (2013) được hiển thị dưới đây. Điều này cho thấy một ngôi sao như Mặt trời, được sinh ra với khối lượng ban đầu là (hoặc có thể là một hoặc hai phần trăm nữa, vì Mặt trời đã mất một khối lượng), kết thúc cuộc đời của nó như một sao lùn trắng với . tức là Mặt trời sẽ mất khoảng 50% khối lượng ban đầu của nó trong các cơn gió sao và (có thể) phóng tinh vân hành tinh.$1M_{\odot}$$M = 0.53 \pm 0.03\ M_{\odot}$

Một điều trị toàn diện về những gì xảy ra với các hệ mặt trời khi ngôi sao trung tâm mất khối lượng theo cách phụ thuộc thời gian được đưa ra trong Adams et al. (2013) . Các trường hợp đơn giản nhất là quỹ đạo tròn ban đầu trong đó việc mất khối lượng diễn ra trong khoảng thời gian dài hơn nhiều so với thời kỳ quỹ đạo. Khi mất khối lượng, năng lượng hấp dẫn tăng (trở nên ít âm hơn) và do đó tổng năng lượng quỹ đạo tăng và quỹ đạo sẽ rộng hơn. Nói một cách đơn giản , là một hằng số, trong đó là bán kính quỹ đạo, là hệ quả đơn giản của bảo toàn động lượng góc: do đó Trái đất sẽ có quỹ đạo 2 au.$aM$$a$

Tuy nhiên, với sự có độ lệch tâm khác không trong quỹ đạo ban đầu, hoặc trong trường hợp mất khối lượng nhanh, chẳng hạn như xảy ra vào cuối giai đoạn AGB, thì mọi thứ trở nên khó lường hơn, với độ lệch tâm cũng tăng lên như mất mát hàng loạt tiến hành. Điều này có tác dụng kích thích khi xem xét sự ổn định động của toàn bộ hệ mặt trời (tiến hóa) và có thể dẫn đến sự phóng ra hành tinh. Mất mát càng nhanh, những điều khó lường hơn sẽ nhận được.

Bán kính của một ngôi sao AGB có thể được tính bằng . Các ngôi sao ở đầu nhánh AGB có độ sáng của và , dẫn đến khả năng bán kính của au. Vì vậy, rất có khả năng trừ khi Trái đất bị đẩy ra hoặc có quỹ đạo bị thay đổi đáng kể bởi một số bất ổn động lực, giống như các hành tinh bên trong, nó sẽ bị nhấn chìm trong sự phát triển bên ngoài của ngôi sao AGB và xoắn ốc vào bên trong ...$L = 4\pi R^2 \sigma T_{eff}^{4}$$\sim 10^{4} L_{\odot}$$T_{eff} \simeq 2500\ K$$\sim 2$

Ngay cả khi nó thoát khỏi số phận ngay lập tức này, thì rất có khả năng sự phân tán thủy triều sẽ nhanh chóng rút năng lượng ra khỏi quỹ đạo và Trái đất sẽ quay theo hướng bao bọc của Mặt trời khổng lồ ... với kết quả tương tự.

Nói một cách đơn giản, Mặt trời chắc chắn sẽ mất ít nhất một phần tư khối lượng của nó. Điều này là do phần lớn khối lượng của Mặt trời tập trung ở lõi của nó. Và vì sao lùn trắng chỉ là cốt lõi còn sót lại của một ngôi sao. . . Ồ, và trước khi Mặt trời trở thành sao lùn trắng, nó trải qua giai đoạn "khổng lồ đỏ", nơi nó phát triển với kích thước bằng quỹ đạo của sao hỏa. Tất cả các hành tinh sẽ bốc cháy, hoặc ngừng quay quanh, và chúng sẽ ngừng tồn tại khi sao của Mặt trời xảy ra. Kết thúc có hậu . . .