O caminho evolutivo do Sol foi descrito com alguns detalhes e, além de sutis diferenças, ele foi descrito por décadas - o estágio gigante vermelho que envolve a Terra, o flash de hélio, etc. Parece que o conhecimento necessário para fazer tal previsão existe desde os anos 60, se não antes.

Como sabemos que isso vai acontecer e nas escalas de tempo descritas? Se fizermos algumas medições / estimativas da massa e composição do Sol e usarmos nosso entendimento da física nuclear - energia de fusão e assim por diante, e um entendimento da física newtoniana (ou precisamos invocar Einstein?), Faça o previsões inevitavelmente caem?

As previsões poderiam estar erradas? Existe alguma medida significativa de incerteza, talvez devido à sensibilidade de certos cálculos às condições iniciais, etc.?

O futuro gigante vermelho do nosso Sol é uma conclusão firme, ou apenas uma possibilidade provável entre uma série de outras e comumente mencionada apenas porque parece a mais provável?

O que você não está levando em consideração é que nossas previsões para a evolução futura do Sol não se baseiam apenas em nossa compreensão e observações do Sol. Eles são baseados em nossa compreensão e observações de todas as estrelas que já vimos. O fato é que estrelas da mesma massa e composição devem necessariamente evoluir da mesma maneira. Assim, podemos olhar para outras estrelas e encontrar algumas que são mais ou menos iguais às nossas, mas que podem estar mais longe na trilha evolutiva. Podemos estudar essas estrelas e ver o que está acontecendo com elas. Conglomerando muitos dados sobre muitas estrelas em muitos pontos diferentes do seu ciclo de vida evolutivo, podemos criar uma imagem coerente para o nosso próprio Sol.

Os cientistas investiram muito esforço para criar modelos evolucionários estelares. Para fazer isso, eles juntam as inúmeras informações coletadas das dezenas de milhões de estrelas que observamos, acrescentam muita matemática e física representando os processos físicos que ocorrem nessas estrelas e o que você descobre é que as "previsões inevitavelmente cair". Existem muitas bases estelares de códigos evolutivos por aí que você pode encontrar. Por exemplo, Pols et al. 1998aplicou código evolutivo estelar a aglomerados de estrelas. Uma figura retirada do papel é mostrada abaixo. Ele mostra um diagrama Cor-Magnitude do aglomerado aberto de estrelas M67, juntamente com previsões da trilha evolutiva dessas estrelas. É claro que há alguma variação, pois cada estrela não é exatamente a mesma, mas no geral, você pode ver que as estrelas seguem muito bem a trilha evolutiva prevista.

Depois de ter um programa evolucionário estelar bem calibrado, não é muito difícil aplicar esse programa ao nosso Sol. Haverá algumas incógnitas e algumas variações, por exemplo, podemos não conhecer a extensão física da expansão das fases do gigante vermelho, mas sabemos que isso acontecerá.

Da teoria

É possível integrar numericamente as equações da estrutura estelar ao longo do tempo para descobrir como uma estrela evoluirá. Algumas "suposições" básicas e informadas sobre as propriedades centrais e de superfície da estrela do modelo precisam ser feitas, mas à medida que o modelo é criado, iterações futuras podem usar valores diferentes para isso, tornando o modelo cada vez mais preciso até que seja auto-consistente .

As equações são baseadas em várias suposições principais (para as quais há uma boa quantidade de evidências). Aqui estão alguns:

• As estrelas estão em equilíbrio hidrostático aproximado
• A energia é (na maior parte) gerada por vias de fusão nuclear bem exploradas
• A energia é conservada
• Existe uma relação - uma equação de estado - que descreve a relação matemática através de muitas das principais quantidades (por exemplo, pressão, densidade, temperatura, etc.)

Do experimento

Existem centenas de bilhões de estrelas apenas na Via Láctea. Claramente, não conhecemos todos eles - e a sonda Gaia apenas observará (ainda surpreendentemente muitos) um bilhão deles - mas temos observações para várias estrelas como o Sol e estrelas que estão em algum lugar ao longo de trilhas evolutivas muito semelhante ao que está previsto para o Sol. Os dados dessas estrelas confirmam muitos modelos (enquanto mostram que outros precisam de modificação).

Graças a comparações repetidas de teoria e simulação com a vida real, os modelos foram aprimorados ao longo do tempo e mais e mais evidências foram obtidas a seu favor. Sempre existe uma forte interação entre teoria e experimento, e as previsões do modelo correspondem ao que vemos no céu, enquanto as coisas que vemos no céu nos fornecem dados cada vez melhores para tornar os modelos mais novos e ainda mais precisos.

Em poucas palavras. . .

. . . temos boas teorias para os processos que possibilitam as estrelas, uma das quais é a fusão nuclear. Sabemos muito bem como a fusão nuclear deve mudar os elementos ao longo do tempo e, portanto, como a composição de qualquer amostra de material deve mudar. Também sabemos que a fusão é o processo que os poderes protagonizam; portanto, podemos criar modelos que mostram como a fusão em uma estrela deve fazer com que ela mude e evolua ao longo do tempo. Esses modelos então combinam dados empíricos.

O futuro gigante vermelho do nosso Sol é uma conclusão firme, ou apenas uma possibilidade provável entre uma série de outras e comumente mencionada apenas porque parece a mais provável?

Ignorando a possibilidade minúscula de algo como uma estrela de nêutrons colidir com o nosso Sol em algum momento durante os próximos bilhões de anos, sim, é uma inevitabilidade. Há algum debate sobre casos limítrofes, como estrelas de baixa metalicidade ("metal" para um astrônomo significa qualquer coisa, exceto hidrogênio ou hélio) e estrelas de baixa ou alta massa. Nosso Sol não cai nesses casos limítrofes.