Hoewel de grond onder onze voeten stevig en kalm lijkt (meestal), duurt niets in dit universum eeuwig. Op een dag zal onze zon sterven en een aanzienlijk deel van zijn massa uitwerpen, voordat zijn kern krimpt tot een witte dwerg, die geleidelijk warmte afvoert tot duizend biljoen jaar later niets meer is dan een koude, donkere, dode steen.
Maar tegen die tijd zal er geen ander deel van het zonnestelsel zijn. Volgens nieuwe simulaties hebben planeten slechts 100 miljard jaar nodig om door de melkweg te vliegen, de stervende zon ver achter zich latend. Astronomen en natuurkundigen proberen al minstens honderden jaren het uiteindelijke lot van het zonnestelsel te achterhalen.
"Het begrijpen van de dynamische stabiliteit van het zonnestelsel op lange termijn is een van de oudste gebieden van de astrofysica, die teruggaat tot Newton zelf, die suggereerde dat interplanetaire interacties uiteindelijk zouden leiden tot systeeminstabiliteit", schreven de astronomen in hun nieuwe paper.
Maar het is veel ingewikkelder dan het lijkt. Hoe groter het aantal lichamen dat deelneemt aan een dynamisch systeem en met elkaar interageert, hoe complexer dit systeem wordt en hoe moeilijker het te voorspellen is. Dit wordt een probleem genoemd N-lichaam.
Vanwege deze complexiteit is het onmogelijk om de banen van objecten in het zonnestelsel op bepaalde tijdsintervallen deterministisch te voorspellen. Na vijf tot tien miljoen jaar vliegt het vertrouwen het raam uit. Maar als we erachter kunnen komen wat er met ons zonnestelsel gebeurt, zal het ons iets vertellen over hoe het universum kan evolueren op tijdschalen tot ver voorbij de huidige leeftijd van 13,8 miljard jaar.
In 1999 voorspelden astronomen dat het zonnestelsel langzaam zou uiteenvallen over een periode van minstens een miljard miljard (of quintiljoen) jaar. Volgens hun berekeningen is dit precies hoe lang het duurt voordat de baanresonanties van Jupiter en Saturnus Uranus scheiden. Deze berekening houdt echter geen rekening met enkele belangrijke factoren die het zonnestelsel eerder zouden kunnen vernietigen.
Ten eerste is het de zon.
Na 5 miljard jaar, voor de dood, zal de zon een rode reus worden die Mercurius, Venus en de aarde opslokt. Dan zal het bijna de helft van zijn massa, gedragen door de sterrenwind, de ruimte in werpen; de witte dwerg die op zijn plaats zal blijven, zal slechts 54 procent van de huidige massa van de zon zijn. Dit massaverlies zal de zwaartekracht van de zon op de planeten, Mars, de buitenste gas- en ijsreuzen, Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus verzwakken.
Ten tweede, omdat het zonnestelsel rond het galactische centrum draait, moeten andere sterren dichtbij genoeg komen om de banen van de planeten te verstoren. "Als we rekening houden met het verlies aan stellaire massa en de zwelling van de banen van de buitenste planeten, zullen deze ontmoetingen meer invloed krijgen", schrijven de onderzoekers. Rekening houdend met deze extra effecten in hun berekeningen, voerde het team 10 N-body-simulaties uit voor de buitenste planeten met behulp van de krachtige generaal TROS HOFFMAN2. Deze simulaties waren verdeeld in twee fasen: vóór het einde van het massaverlies van de zon en de fase die daarna optreedt. Hoewel 10 simulaties geen betrouwbare statistische steekproef is, ontdekte het team dat zich elke keer een vergelijkbaar scenario afspeelde.
Nadat de zon zijn evolutie naar een witte dwerg heeft voltooid, zullen de buitenste planeten een grote baan hebben, maar ze zullen nog steeds relatief stabiel blijven. Jupiter en Saturnus zullen echter in een constante 5:2-resonantie zijn - voor elke vijf keer dat Jupiter om de zon draait, draait Saturnus twee keer om de aarde (deze mogelijke resonantie is vaak gesuggereerd, niet in de laatste plaats door Isaac Newton zelf).
Deze uitgebreide banen, evenals planetaire resonantiekarakteristieken, zullen het systeem vatbaarder maken voor stellaire invloeden. Over 30 miljard jaar zullen dergelijke stellaire verstoringen deze stabiele banen veranderen in chaotische banen, wat zal leiden tot het snelle verlies van de planeet. Op één na zullen alle planeten uit hun baan vliegen en schurkenplaneten worden.
Deze laatste, eenzame planeet zal nog 50 miljard jaar bestaan, maar over haar lot zal beslist worden. Uiteindelijk zal het ook uit zijn baan worden gehaald door de zwaartekracht van de sterren die er langs zullen vliegen. Immers, 100 miljard jaar nadat de zon in een witte dwerg verandert, zal het zonnestelsel verdwenen zijn.
Dit is een veel kortere periode dan in 1999 werd voorgesteld. En, zoals de onderzoekers zorgvuldig opmerken, het hangt af van de huidige waarnemingen van de lokale galactische omgeving en schattingen van stertransit, die aan verandering onderhevig zijn. Dit is dus zeker niet in steen gebeiteld. Zelfs als de schattingen op de tijdschaal van de dood van het zonnestelsel echt veranderen, is het nog vele miljarden jaren verwijderd. De kans dat de mensheid lang genoeg zal leven om dit te zien, is erg klein.
Lees ook: