¿Cómo sería la vida en la Tierra si el Sol fuera reemplazado por dos gigantes azules?

Las supergigantes azules son masivas. Muy, muy masivo: hasta docenas de veces la masa del Sol. También son extremadamente calientes, grandes y luminosas. Viven vidas mucho más cortas que las estrellas como el Sol, y pueden morir espectacularmente. Todo esto significa que no son grandes estrellas para albergar planetas habitables.

La luminosidad del Sol es del orden de$10^{26}$vatios: ¡una cantidad increíble (piense en eso en comparación con una bombilla)! Pero eso no es nada comparado con una supergigante azul. ¡ Rigel A tiene una luminosidad 120.000 veces mayor! Veamos si podemos replicar los efectos del Sol comparando la densidad de flujo estelar . el flujo$F$de una estrella en un radio$r$es

Un sistema binario de supergigantes azules es UW Canis Majoris , con tipos espectrales O7.5 y O9.7. Su luminosidad combinada es de aproximadamente 260 000 luminosidades solares, y orbitan muy juntos, probablemente a unas 0,16 AU. Por lo tanto, su zona habitable circunestelar debería ser comparable a la de Rigel; no podrá orbitar más cerca de 350 UA y aún así tener un planeta habitable.

Coloque la Tierra alrededor de las supergigantes azules centrales del sistema y las cosas se pondrán interesantes. Va a recibir 120.000 veces el flujo que recibe del Sol, por lo que estará caliente. Para poner eso en perspectiva, la Tierra tendría que estar a unas 0,00288 AU del Sol para recibir ese tipo de calor. Esperaría que las temperaturas fueran, bueno, probablemente muchos cientos de grados, sin importar la escala que use. La vida en la superficie está fuera de cuestión.

Cualquier vida tendrá que estar bajo tierra. Incluso los extremófilos se sentirán bastante cálidos. No habrá agua, así que la vida subterránea es nuestra única opción. Dudo que algo más grande que una pequeña bacteria tenga una oportunidad. Incluso algo como un gusano tendría la oportunidad de convertirse en una supernova. Ah, y esto supone que un planeta tan pequeño podría formarse alrededor de estas estrellas (no apostaría por ello) y que la vida podría desarrollarse lo suficientemente rápido.

Solo tiene dos opciones orbitales estables aquí:

• La Tierra orbita alrededor de una de las estrellas azules y la otra está muy lejos. El ciclo día/noche con la estrella principal es clásico, pero la segunda será visible durante algunas noches y quizás incluso durante el día. Dependiendo de la época del año, podrías tener una temporada con noches brillantes, una temporada con noches oscuras y dos temporadas intermedias.
• La Tierra orbita alrededor del baricentro de ambas estrellas. Siempre ves ambas estrellas muy cerca en el cielo, excepto cuando bajan o suben por el horizonte. Tienes un ciclo diurno/nocturno equilibrado, dependiendo de la velocidad orbital y la rotación del planeta.

En ambos casos, las estrellas son muy brillantes y emiten fuertes radiaciones, ejerciendo una gran presión sobre las formas de vida. Las especies evitarán la exposición a la luz solar directa y desarrollarán mecanismos especiales de protección, como réplicas múltiples de ADN. En el improbable caso de un planeta bloqueado por mareas, el área del amanecer será un lugar interesante, con exposición reducida pero suficiente energía.

Ahora, tenemos un problema con respecto a la vida útil de las estrellas azules. Nuestra tierra tiene 4.600 millones de años. Las células simples aparecieron mil millones de años después, seguidas de cerca (bueno, solo 200 millones de años) por las cianobacterias que dominaron el día. 1.500 millones de años después de esto, apareció la vida multicelular. Es poco probable que una estrella azul permanezca tanto tiempo, por lo que es probable que sus formas de vida sean muy primitivas.

Bueno, la magnitud absoluta de Rigel de Wikipedia es -7,92+/-0,28, en comparación con la magnitud absoluta del Sol de 4,83. En el cielo tendría una magnitud aparente de -26.74 - 4.83 - 7.92(+/- 0.28) esta es una magnitud visual promedio de -41.29.

Cada 5 puntos de magnitud menor es un aumento de 100 veces en intensidad, lo que significa que Rigel le daría entre 97 000 y 163 000 veces la potencia de salida del sol con un promedio de 126 000 x.

Usando la ley de la cuarta potencia para la radiación y la temperatura de la superficie de la tierra a 300 K en un día cálido, obtendría un rango de temperaturas de 5000 a 5800 grados C. En la práctica, Rigel tiene más gravedad que el Sol, lo que lo atraería hacia una órbita más cercana.

¿Qué tan cerca estaría la tierra de la órbita de Rigel de 21 masas solares, si no se le diera un empujón a la tierra y el sol fuera reemplazado repentinamente por Rigel?

Definimos M como la masa del Sol, r como 1AU, m como la masa de la Tierra y G como la constante gravitacional.

De http://www.schoolphysics.co.uk/age16-19/Mechanics/Gravitation/text/Kinetic_energy_in_orbit/index.html

La energía total en una órbita estable GPE es -GMm/r, suponiendo que la energía 0 esté a una distancia teórica infinita, lo que no requeriría una velocidad de rotación para no ser absorbida. KE se da como GMm/2r, dando una energía total de -GMm/2r. Esto significaría 2KE + GPE = 0 para una órbita estable.

Como solo nos interesan las proporciones, no convertiremos a unidades base. Con Rigel de 21M, GPE es inicialmente -21GMm/r y KE es inicialmente GMm/2r en su órbita original alrededor del Sol, antes de que comience a acelerar hacia adentro, hacia el Rigel más grande y pesado.

A medida que la tierra cae hacia adentro, ganará KE y perderá GPE en cantidades iguales.

$\text{GPE loss} = -21\,\frac{\text{GMm}}{r} + 21\,\frac{\,\text{GMm}}{R}$,

asi que$\text{New KE} = \frac{\text{GMm}}{2r} - 21\frac{\text{GMm}}{r} + 21\frac{\text{GMm}}{R}$.

$\text{New GPE} = -21\frac{\text{GMm}}{R}$

Ahora necesitamos encontrar R tal que$2 \cdot \text{New KE} + \text{New GPE} = 0$

$2 \cdot (\frac{\text{GMm}}{2r} - 21\frac{\text{GMm}}{r} + 21\frac{\text{GMm}}{R}) - 21\frac{\text{GMm}}{R}) = 0$

Podemos multiplicar G, M y m para poder seguir más fácilmente.

$2 \cdot (\frac{1}{2r} - \frac{21}{r} + \frac{21}{R}) - \frac{21}{R} = 0$

$2 \cdot (0.5/r - 21/r + 21/R) - 21/R = 0$

$\frac{1}{r} - \frac{42}{r} + \frac{42}{R} - \frac{21}{R} = 0$

$\frac{-41}{r} + \frac{21}{R} = 0$

que hace$R = \frac{21}{41r}$que es 0.512AU.

Esto aumenta la densidad de flujo que golpea la tierra en casi 4 x y las temperaturas de la superficie en 1,4 x, suponiendo una pérdida de calor por radiación constante para la tierra. Esto haría que las temperaturas de la superficie aumentaran a 7100 - 8200 Celsius.

En la práctica, probablemente formaría una especie de órbita elíptica, acercándose y alejándose más que esto, variando entre 1 AU donde comenzó y un valor en el que la energía total era la misma, pero con suficiente energía cinética para arrojarla nuevamente a 1 AU. . Si alguien más quiere calcular esto, adelante.

¡Cualquiera de los escenarios haría más que cocinar la tierra, haciendo que brillara al rojo vivo y tal vez incluso se evaporaría en el espacio!

Re las estrellas azules que no tienen una vida lo suficientemente larga: ¿qué hay de los rezagados azules ? Eso encaja con los sistemas de múltiples estrellas y abre características aún más exóticas.