白色矮星はどのように惑星を消費しますか

(図 White dwarf star system GD 61 ウィキメディア経由CC4.0 クレジットNASA, ESA, M.A. Garlick (space-art.co.uk), University of Warwick, and University of Cambridge.)

このアーティストの想像では、白色矮星GD 61の重力によって、氷のような岩の多い天体が引き裂かれています。そのような天体は、惑星との重力相互作用を通じて壊滅的な軌道にたどり着く可能性があります

質問： 私は6月の「天の川の水の世界」の次のメカニズムに興味があります。それは、軌道を回る惑星を、白色矮星により引き裂かれるまでらせん状に巻き込みます。 何がそれらを内側に移動させるのか、そしてどのようなタイムスケール[時間の尺度]でしょうか。

回答： これらの質問に答えるためには、私達は一歩下がって、記事に積み重ねを追加する必要があります。始めるのに最適な場所は、ここ太陽系です。

第一に、私達の太陽が物質をエネルギーに核融合し終えるとき、太陽は拡大します。一部の天文学者達はこのプロセスを「死」と呼んでいます、けれども実際には、毛虫(caterpillar)が蝶(butterfly)に変わるような変化です。太陽はほぼ確実に水星(Mercury)と金星(Venus)を飲み込み、それらを完全に消費します。地球の運命は不確かな一方で、地球の軌道の外側のあらゆるものは本質的に無傷のままです。これには、火星(Mars)、小惑星(asteroids)帯、木星型惑星(the giant planets)とそれ以降が含まれます。太陽が後に収縮し、白色矮星(white dwarf)として知られる地球サイズの残り火に熱くなるとき、それはまずまず複雑な惑星系に囲まれたままになります。

第二に、木星は現在、小惑星帯に劇的な重力の影響を及ぼしています(そして、程度は低いですが、海王星(Neptune)は、冥王星(Pluto)や他の多くの氷の物体が存在するカイパーベルト(Kuiper Belt)に影響を与えます)。木星は基本的にがき大将(bully)です－小惑星は集まって小さな惑星を形成したいのですが、しかし、木星は、主要な[小惑星]帯(main belt)の特定の領域で何かを押したり引いたりして、これらの領域を空にすることにより、潜在的な家族を分離し続けます。主要な[小惑星]帯の空の領域はカークウッドの空隙(Kirkwood gaps)と呼ばれ、木星は、軌道(または平均運動)共振と呼ばれるものを経由で、空隙の外へ物を押しやります。これは、ブランコ(swing)に乗る誰かを押すように働きます。例えば、木星と2：1の共振を持つ小惑星は、太陽を、木星が1回公転する毎に2回公転します。 2公転する毎に1度、小惑星は木星と並びます。これは、小惑星を元の軌道から引っ張るために、ブランコを押す人のように作用し、空隙での除去をします。

Kirkwood gap - Wikipedia ( カークウッドの空隙 - Wikipedia )

これらの「失われた」小惑星は、太陽系から放出されたり、別の惑星に衝突したり、太陽に落ちたりし得ます。私達は時々、太陽と太陽圏天文台(Solar and Heliospheric Observatory、SOHO)と太陽地球関係天文台(Solar TErrestrial RElations Observatory、STEREO)衛星で、後者を見ることがありますが、これらは通常小さな天体なので、それは素早く発生します。けれども、この過程は、私達の生涯よりも長いタイムスケールで大きな天体に、間違いなく起こります。事実として、平均運動共振の最も一般的な効果は、影響を受ける物体の軌道離心率(orbital eccentricity)を変更することです。離心率は、上から見たときに、軌道がどの程度円形に見えるかの尺度です。軌道の離心率がより大きいと、より楕円形(elliptical)になり、円のように見えなくなります。

Orbital eccentricity - Wikipedia ( 軌道離心率 - Wikipedia )

この変化する離心率は、白色矮星で、潮汐(tidally)で破壊された惑星体に対して、天文学者が心に描くものです。生き残った惑星系がありますし、そして少なくとも1つの惑星と生き残っている小惑星(かまたは彗星(comets) )の間の重力相互作用は、高い離心率の軌道につながります。これらの軌道は、白色矮星のロッシュ半径(Roche radius) －星からの潮汐重力があらゆる天体を裂く距離－　と交差し得ます。これは物体を破壊し、破片の雲かまたはディスクの結果をもたらし、それは最終的に星の表面に降り注ぐでしょう。これが、私達が観察する金属汚染の原因ですし、そして、この運命の小さな世界の組成を得ることを許すものです。

Roche limit - Wikipedia ( ロッシュ限界 - Wikipedia )

タイムスケールに関する限りでは、重力の攪乱(disturbance)は、問題の惑星体の軌道タイムスケール(すなわち、軌道を完成するのにかかる時間)で起こります。しかしながら、シミュレーションは次のことを示しています。これは、白色矮星が形成されてから数百万年以内にすぐに発生し得ますし、白色矮星が徐々に冷えるまで何十億年も続きます。要求された総ては、少なくとも1つの惑星と、湯水のように使う天体の十分な貯蔵所です。

----- 出典 -----

astronomy.comwww.iflscience.comearthsky.orgwww.forbes.comastronomy.com

----- 参考ビデオ -----

Life and Death of a Planetary System: Chapter 7