Jalur evolusi Matahari telah dijelaskan dalam beberapa detail, dan, di samping perbedaan-perbedaan halus, telah digambarkan seperti itu selama beberapa dekade - tahap raksasa merah yang menelan Bumi, helium flash, dll. Tampaknya pengetahuan yang diperlukan untuk membuat prediksi seperti itu sudah ada sejak tahun 60an, kalau tidak sebelumnya.

Bagaimana kita tahu itu akan terjadi, dan pada rentang waktu yang dijelaskan? Jika kita melakukan beberapa pengukuran / estimasi massa dan komposisi Matahari, dan menggunakan pemahaman kita tentang fisika nuklir - energi fusi dan sebagainya, dan pemahaman tentang fisika Newton (atau kita harus memanggil Einstein?), Apakah prediksi pasti jatuh?

Mungkinkah ramalannya salah? Apakah ada ukuran ketidakpastian yang signifikan, mungkin karena sensitivitas perhitungan tertentu terhadap kondisi awal, dll?

Apakah masa depan raksasa merah Matahari kita merupakan kesimpulan yang pasti, atau hanya kemungkinan yang mungkin di antara sejumlah lainnya dan biasanya dibicarakan hanya karena tampaknya yang paling mungkin?

Hal yang tidak Anda perhitungkan adalah bahwa prediksi kami untuk evolusi Matahari di masa depan tidak didasarkan pada pemahaman dan pengamatan kami tentang Matahari saja. Mereka didasarkan pada pemahaman dan pengamatan kami terhadap semua bintang yang pernah kami lihat. Masalahnya, bintang dengan massa dan komposisi yang sama harus berevolusi dengan cara yang sama. Jadi kita dapat melihat bintang-bintang lain dan menemukan beberapa yang kurang lebih sama dengan kita, tetapi mungkin lebih jauh di sepanjang jalur evolusi. Kita dapat mempelajari bintang-bintang ini dan melihat apa yang terjadi pada mereka. Dengan mengelompokkan banyak data tentang banyak bintang pada banyak titik berbeda dalam siklus kehidupan evolusionernya, kita dapat menyatukan gambar yang koheren untuk Matahari kita sendiri.

Para ilmuwan telah menghabiskan banyak upaya untuk menciptakan model evolusi bintang. Untuk melakukan ini, mereka mengumpulkan informasi beraneka ragam yang diperoleh dari puluhan juta bintang yang telah kami amati, menambahkan banyak matematika dan fisika yang mewakili proses fisik yang terjadi pada bintang-bintang ini dan apa yang Anda temukan adalah bahwa "prediksi hanya mau tak mau rontok". Ada banyak basis kode evolusi bintang di luar sana yang dapat Anda temukan. Misalnya, Pols et al. 1998menerapkan kode evolusi bintang pada kelompok bintang. Gambar yang ditarik dari kertas ditunjukkan di bawah ini. Ini menunjukkan diagram Color-Magnitude dari gugus bintang terbuka M67, bersama dengan prediksi jalur evolusi bintang-bintang itu. Tentu saja ada beberapa varian karena setiap bintang tidak persis sama, tetapi secara keseluruhan, Anda dapat melihat bahwa bintang-bintang mengikuti jalur evolusi yang diprediksi dengan cukup baik.

Setelah Anda memiliki program evolusi bintang yang terkalibrasi dengan baik, tidak terlalu sulit untuk menerapkan program itu pada Matahari kita. Akan ada beberapa yang tidak diketahui dan beberapa variasi, misalnya, kita mungkin tidak tahu sejauh mana perluasan fisik fase raksasa merah, tetapi kita tahu itu akan terjadi.

Dari teori

Dimungkinkan untuk secara numerik mengintegrasikan persamaan struktur bintang dari waktu ke waktu untuk mengetahui bagaimana sebuah bintang akan berevolusi. Beberapa "dugaan" dasar yang diinformasikan tentang sifat-sifat pusat dan permukaan bintang model perlu dibuat, tetapi ketika model dibuat, iterasi masa depan dapat menggunakan nilai yang berbeda untuk ini, membuat model lebih dan lebih akurat hingga konsisten. .

Persamaan didasarkan pada beberapa asumsi utama (yang memiliki jumlah bukti yang baik). Berikut ini beberapa di antaranya:

• Bintang-bintang berada dalam ekuilibrium hidrostatik perkiraan
• Energi (sebagian besar) dihasilkan melalui jalur fusi nuklir yang dieksplorasi dengan baik
• Energi dilestarikan
• Ada hubungan - persamaan keadaan - yang menggambarkan hubungan matematika melalui banyak kuantitas kunci (misalnya tekanan, kepadatan, suhu, dll.)

Dari eksperimen

Ada ratusan miliar bintang di Bimasakti saja. Jelas, kita tidak tahu semuanya - dan wahana antariksa Gaia hanya akan mengamati (masih sangat banyak) satu miliar dari mereka - tetapi kita memang memiliki pengamatan untuk sejumlah bintang seperti Matahari dan bintang-bintang yang berada di suatu tempat di sepanjang jalur evolusi yang sangat mirip dengan yang diperkirakan Matahari akan ambil. Data dari bintang-bintang ini mengkonfirmasi banyak model (sambil menunjukkan bahwa yang lain perlu modifikasi).

Berkat perbandingan teori dan simulasi berulang untuk kehidupan nyata, model telah disempurnakan dari waktu ke waktu, dan semakin banyak bukti telah dikumpulkan dalam mendukung mereka. Selalu ada interaksi yang kuat antara teori dan eksperimen, dan prediksi model cocok dengan apa yang kita lihat di langit, sementara hal-hal yang kita lihat di langit memberi kita data yang lebih baik dan lebih baik untuk membuat model yang lebih baru, bahkan lebih akurat.

Singkatnya. . .

. . . kami memiliki teori yang baik untuk proses yang memungkinkan bintang, salah satunya adalah fusi nuklir. Kami tahu betul bagaimana fusi nuklir harus mengubah elemen dari waktu ke waktu dan dengan demikian bagaimana komposisi sampel bahan apa pun harus berubah. Kita juga tahu bahwa fusi adalah proses kekuatan bintang; oleh karena itu, kita dapat membuat model yang menunjukkan bagaimana fusi dalam bintang seharusnya menyebabkannya berubah dan berevolusi seiring waktu. Model-model tersebut kemudian cocok dengan data empiris.

Apakah masa depan raksasa merah Matahari kita merupakan kesimpulan yang pasti, atau hanya kemungkinan yang mungkin di antara sejumlah lainnya dan biasanya dibicarakan hanya karena tampaknya yang paling mungkin?

Mengabaikan kemungkinan kecil seperti bintang neutron yang bertabrakan dengan Matahari kita sekitar beberapa miliar tahun ke depan, ya, itu adalah keniscayaan. Ada beberapa perdebatan tentang kasus-kasus batas seperti bintang-bintang dengan tingkat logam rendah ("logam" bagi seorang astronom berarti apa pun selain hidrogen atau helium), dan bintang bermassa rendah atau tinggi. Matahari kita tidak termasuk dalam kasus garis batas ini.