如果一颗流氓恒星靠得太近，地球会发生什么？ _恒星

在这张斯皮策照片中，超速的流氓星卡帕仙后座形成了一个发光的弓形激波。鸣谢:美国国家航空航天局/JPL加州理工学院
据《今日宇宙》（埃文·高夫）：恒星被引力束缚在它们的星系中，并随着它们周围的环境一起运动。但有时，有些事会打破这种联系。例如，如果一颗恒星离超大质量黑洞太近，黑洞会把它作为一颗游荡的恒星驱逐到太空中。
如果这些恒星入侵者中的一个靠得太近，地球会发生什么？
这不太可能发生，但可能性也不为零。
几十亿年后，我们的太阳系已经进化成静止的可预测性。行星在移动的同时也在移动，而太阳则呆呆地坐在它的中间。
但是，如果另一颗恒星靠得太近，保持一切正常运行的无形引力纽带就会被拉伸或打破。地球是一颗小行星，只有太阳质量的百万分之三。我们的星球因太阳及其强大的引力而存在，如果另一颗恒星闯入我们整齐的排列，地球将完全受新引力范式的支配。
一篇新论文研究了如果一颗流氓恒星来到距离太阳100天文单位以内会发生什么。论文的标题是“太阳系的未来轨迹:100天文单位内恒星相遇的动力学模拟”它出现在预印服务器arXiv上，并将发表在《皇家天文学会月报》上。主要作者是Sean Raymond ，他是CNRS波尔多天体物理实验室(国家科学研究中心)和波尔多大学的天文学家。
我们知道太阳系稳定的可预测性不会持久。太阳将继续演化，在未来的十亿年里，会变得更加明亮。地球非常接近可居住带的内部边缘。只要稍微靠近太阳一点，让液态水在地表持续存在的微妙平衡就会被打破。
在同样的10亿年范围内，大约有1%的机会遇到一颗流氓恒星。如果发生这种情况，地球会发生什么？地球会被推出可居住区吗？
“地球还有大约10亿年的可居住表面条件，”作者写道。那是在一个封闭的系统中，我们的太阳系大部分都是这样。“虽然行星的轨道演化很大程度上是由长期和共振的扰动决定的，”作者解释说， “经过的恒星会对行星的轨道产生重大影响。"
如果一颗路过的恒星靠近了，那么我们的太阳系就不再是一个封闭的系统。
大多数流氓恒星，也被称为星系间恒星或超高速恒星，因为它们的轨道会带它们离开银河系，不会靠近地球。例如，卡帕仙后座距离我们4000光年，永远不会靠近。其他的，比如范德比尔特大学的天文学家在2012年发现的675颗流氓恒星，在与银河系的超大质量黑洞纠缠后被驱逐，它们的轨迹没有把它们带到地球附近。
即使在银河系，空间也大多是空的，大多数恒星飞越永远不会接近另一个太阳系。研究人员解释说:“从统计数据来看，在当前的银河系附近，大约每100个Gyr才会发生一次距离小于100 au的飞越，这将强烈影响行星的轨道。”
虽然可能性很?。故怯锌赡艿?。当你把银河系作为一个整体来看时，几乎可以肯定的是，在银河系的某个地方，一颗恒星将会在另一颗恒星的100天文单位范围内飞过。如果那颗星是我们的太阳，地球会怎么样？
该小组进行了N体模拟，试图确定地球的潜在后果。他们从太阳系的八颗行星开始，增加了一颗流氓星。他们将模拟的流氓恒星的质量与我们恒星附近的恒星质量进行了匹配。他们还将流氓恒星的速度与邻居进行了匹配。他们模拟了恒星的不同速度和轨迹，以观察地球的结果范围。研究人员总共进行了12000次模拟。
“如果一颗恒星在距离太阳100天文单位的范围内经过，那么所有八颗太阳系行星都有很大的机会存活下来，”作者写道。有超过95%的可能性没有行星会消失。
飞掠造成的角动量赤字(AMD)在很大程度上决定了接下来会发生什么。AMD是对行星系统轨道激励及其长期稳定性的一种度量。根据这个定义，它是“一个理想化的系统和真实系统的相同行星在圆形和平面轨道上绕着相同的半长轴运行，以及真实行星系统的角动量的规范”之间的差异。
但是，当我们太阳系的一颗行星丢失时，会是什么样子呢？
模拟产生了不同的结果。水星是最脆弱的，当它与太阳相撞时，有时会丢失。其他结果包括地球与金星相撞，冰巨人天王星和海王星的喷射，只有地球和木星幸存，或者只有木星幸存。在一个世界末日的结局中，所有八颗行星都被驱逐。
其他结果没有那么引人注目。所有八颗行星都没有受到干扰，所有八颗行星都受到轻微干扰，或者所有八颗行星都受到高度干扰。
虽然在大多数模拟中，所有八个行星都幸存了下来，但是幸存可能意味着不同的事情。即使它们留在太阳系中，仍然受太阳引力的束缚，它们的轨道也会被打乱。有些甚至可以被推入奥尔特云。
研究人员还列出了行星毁灭的十种最有可能的结果。他们写道:“我们确定了行星可能消失的最常见途径，记住如果一颗恒星在100天文单位内经过，有大于或等于95%的机会不会失去行星。”
水星与太阳相撞(概率2.54%) 。火星与太阳相撞(1.21%) 。金星撞击另一颗行星(1.17%) 。天王星被弹出(1.06%) 。海王星被弹出(0.81%) 。水星撞击另一颗行星(0.80%) 。地球撞击另一颗行星(0.48%) 。土星被弹出(0.32%) 。火星撞击另一颗行星(0.27%) 。地球与太阳相撞(0.24%) 。
当谈到被喷射的行星时，天王星和海王星面临着最糟糕的情况。这并不奇怪，因为它们离太阳最远，受引力的束缚也最弱。同样不足为奇的是，水星与太阳相撞的几率最高。作为质量最小的行星，它面临着由于恒星飞越而产生扰动的更大风险。
当谈到地球时，有各种各样的潜在结果。在上面的列表中，地球有0.48 %的几率与另一颗行星相撞。但是另一个潜在的命运正等待着地球，这并不令人愉快:被放逐到奥尔特云。
“地球在奥尔特云中的长期生存是没有保证的，”作者面无表情地说。
模拟的另一个奇特结果值得考虑:地球被路过的恒星捕获。该模拟中有一颗质量略小于太阳的恒星，以相对较低的速度接近我们的太阳系。正如我们所知，结果是太阳系的毁灭性毁灭。地球抛弃了太阳，带着这颗恒星跑了，而其他六颗行星撞上了太阳。唯一幸存的行星是木星。这并不奇怪，因为它是最大的行星。
这篇论文展示了广泛的结果，包括月球撞击地球，地球和月球都被路过的恒星捕获，甚至所有的行星及其卫星都被摧毁。但是这一切发生的可能性极低。
但是在这样的遭遇中，地球保持可居住的可能性有多大呢？如果地球的轨道改变了，那么地球将会变得更暖或更冷。
还有更多潜在的命运。地球可以作为一个流氓星球生存一百万年左右，直到地表冻结。或者，如果它真的被那颗流氓恒星捕获了，它会以某种新的方式适合居住。
最终，100 au恒星飞越的几率微乎其微。模拟显示，如果真的发生了，目前最有可能的结果是所有八颗行星都幸存下来，尽管它们的轨道与现在略有不同。
“尽管潜在的进化途径多种多样，但我们太阳系的现状不会改变的可能性很高，”作者总结道。