Ученые-астрофизики Лейденского университета (Нидерланды) Михель Кама и Алессандро Патруно доказали, что вокруг нейтронных звезд возможно существование планет, пригодных для жизни. Так, при наличии определенных условий суперземли PSR B1257+12 d и PSR B1257+12 c, которые получили названия Фобетор и Полтергейст, оказываются в зоне обитаемости звезды PSR B1257+12, получившей название Лич. Исследование, посвященное данной теме, авторы опубликовали в одном из специализированных изданий.
На данный момент ученым известно около трех тысяч нейтронных звезд, однако только две из них достоверно имеют планетарные системы, а еще у некоторых возможно наличие таких систем. Необходимо отметить, что первые экзопланеты были обнаружены именно у нейтронной звезды. Произошло это в 1991 году. Автором открытия стал польско-американский радиоастроном А.Вольщан, который обнаружил две экзопланеты недалеко от PSR B1257+12 – Фобетор и Полтергейст. Каждая из них тяжелее нашей планеты примерно в четыре раза. Спустя год это открытие было подтверждено канадским астрономом Дейлом Фрейлом.
Через какое-то время там же была обнаружена еще одна экзопланета — PSR B1257+12 b, которая оказалась легче Земли в 50 раз. Расположена она очень близко к нейтронной звезде, поэтому условия на ней не пригодны даже для самой экстремальной жизни. Что касается Полтергейста, то эта экзопланета тяжелее Земли в 4,3 раза, на ее поверхности температура достигает 51-652 кельвинов. Вокруг пульсара планета вращается на расстоянии 0,36 астрономической единицы с периодом 66 суток. Вторая экзопланета, Фобетор, более удалена от пульсара и немного тяжелее Полтергейста.
Сама звезда PSR B1257+12 находится в созвездии Девы, на расстоянии 2,3 тысячи световых лет от нашей планеты. Она тяжелее Солнца приблизительно в 1,4 раза, но при этом примерно в 125 триллионов раз меньше его (радиус пульсара составляет всего 10 километров). Астрономы оценивают возраст PSR B1257+12 примерно в один миллиард лет, то есть, пульсар моложе Солнца в четыре раза. Вращается звезда с периодом 0,06 секунды, в окружающее пространство от нее исходит рентгеновское излучение большой мощности. Ранее считалось, что жизнь на этих двух экзопланетах невозможно, но Патруно и Каме удалось доказать, что это не так.
Формирование нейтронных звезд происходит в результате взрыва сверхновых, после которого на орбите зачастую остается достаточное количество материи для образования протопланетного диска. Помимо пульсара PSR B1257+12, экзопланеты также удалось обнаружить и вокруг PSR J1719-1438. Спутник PSR J1719-1438 b, богатый углеродом, вполне возможно, ранее был белым карликом. Ученые также допускают, что возможно существование пояса астероидов вблизи PSR J1937+21. Кроме того, некоторые астрономические явления, в частности всплеск гамма-излучения GRB 101225A, ученые интерпретируют как столкновение нейтронной звезды и астероида или кометы.
Исследователи традиционно выделяют три типа планет, которые могут находиться вблизи нейтронных звезд. К первому типу относят типичные планеты, которые являются побочным продуктом образования звезды и которые сформировались еще до вспышки сверхновой и появления самой нейтронной звезды. Ко второму типу относят планеты, которые образуются из материи, которая осталась после взрыва сверхновой возле нейтронной звезды. Планеты третьего типа – это планеты, которые сформировались из материи разрушенного спутника нейтронной звезды (к примеру, PSR J1719-1438 b). Такой тип является характерным для спутников миллисекундных звезд, в частности, для PSR B1257+12 и PSR J1719−1438.
Согласно предположениям ученых, планеты вокруг нейтронных звезд являются скорее исключением, нежели правилом. Высокоэнергетическое гамма- и рентгеновское излучение, а также так называемый пульсарный ветер за период от миллиона до миллиарда лет способны уничтожить любой объект. В то же время относительно небольшое небесное тело, которое находится достаточно далеко от светила, имеет шанс сохранить устойчивую орбиту на протяжении длительного времени. По этой причине, несмотря на относительно небольшое количество пульсаров с планетами, за счет большого количества в пределах Млечного Пути самих нейтронных звезд (около миллиарда), число находящихся вокруг них планетарных систем достигает 10 миллионов.
Планетарные системы, которые находятся около пульсаров, не должны обязательно быть похожими на те миры, которые обнаружены около звезд главной последовательности. Так, к примеру, обитаемость планеты, как правило, определяется такими терминами, как равновесная температура поверхности, заданная лучистая энергия, полученная от звезды-хозяина. Эту энергию рассчитывают при первом приближении как излучение черного тела, достигающего своего максимума в оптическом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах. При этом типичные обитаемые зоны выявляются на расстоянии, составляющим от нескольких долей до астрономических единиц.
Обитаемая зона, которая по размерам значительно меньше, нежели возле звезд главной последовательности, рассчитывается для белых карликов (именно в объект подобного рода превратится через 8 миллиардов лет Солнце). Когда за 3 миллиарда лет светило остынет до температуры примерно 10 тысяч кельвинов, расположение обитаемой зоны будет находиться на расстоянии 0,005-0,02 астрономической единицы. Если говорить о нейтронных звездах, то самое яркое излучение черного тела соответствует рентгеновскому излучению, когда наблюдается множество ионизирующих частиц высокой энергии. В то же время ультрафиолетовое, оптическое и инфракрасное излучение практически отсутствует.
Авторы исследования использовали специальное программное обеспечение, анализирующее фотографии системы PSR B1257+12, которые были получены 3 мая 2007 года при помощи космического рентгеновского телескопа «Чандра». Кроме того, они воспользовались данными наблюдений за 22 мая 2005 года, чтобы сравнить полученные результатами с результатами исследований других ученых. Согласно предварительным оценкам, температура поверхности пульсара достигает 1,1 миллиона кельвинов, а возле него на расстоянии долей -астрономических единиц возможно существование пылевого диска.
Для возможной жизни на Фобеторе и Полтергейсте основную опасность и в то же время основной источник тепла может представлять рентгеновское излучение, которое может спровоцировать существенный нагрев атмосферы планет. Гамма- и жесткое рентгеновское излучение проникает в атмосферу значительно глубже, нежели мягкое рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Однако в том случае, если газовые оболочки широкие, опасное излучение не может достичь поверхности планеты.
Согласно предположениям Камы и Патруно, планеты, которые вращаются вокруг изолированных пульсаров, должны развиваться подобно небесным телам, вращающимся вокруг звезд главной последовательности, которые на раннем этапе своей эволюции испускают сильное рентгеновское излучение. На нашей планете рентгеновские лучи быстро блокируются термосферой, в которой происходит ионизация газа при взаимодействии с ультрафиолетовым и рентгеновским излучением. Этот слой имеет достаточно высокой температурой, которая составляет сотни — тысячи кельвинов. В то же время этот слой неэффективен как источник тепла, поскольку он разрежен.
Согласно общепринятому тезису, зона обитаемости является областью вокруг звезды, в которой планета земного типа (то есть, планета, которая обладает атмосферой с углекислым газом, азотом и водой) может иметь достаточное количество жидкой воды на поверхности. Очень часто необходимым, но недостаточным условием обитаемости планеты, ученые считают то, что показатель ее равновесной температуры не опускается ниже 270 кельвинов. Кама и Патруно рассчитали зону обитаемости вокруг пульсара PSR B1257+12, использовав оценку излучения, достигающего Фобетора и Полтергейста, в гипотезе, что равновесная температура двух суперземель равна 175-275 кельвинов.
Подобное вполне возможно, так как атмосфера крупных планет отличается более высоким градиентом температуры, нежели на Земле, атмосфера которой довольно однородна. На основании этого исследователи пришли к выводу, что в том случае, если для планет основным источником энергии является рентгеновское излучение, то все три планеты системы PSR B1257+12 непригодны для жизни, потому что там слишком холодно. Но если принимать во внимание гамма-излучение, которое возникает из-за пульсарного ветра в атмосфере планет, тогда происходит смещение границ зоны обитаемости на расстояние 2-5 астрономических единиц.
Между этими двумя возможными сценариями существует пространство параметров, при которых Фобетор и Полтергейст попадают в зону обитаемости. Помимо этого, авторы исследования доказали, что самая древняя из известных человеку планет — PSR B1620-26 – даже в самом оптимистическом случае не может быть обитаемой. Относительно пульсара PSR J1719-1438 – у ученых в настоящее время слишком мало данных о рентгеновском излучении, поэтому никаких определенных выводов сделать не представляется возможным. По словам ученых, рентгеновская светимость большей части изолированных пульсаров с истечением материи в компаньона на нейтронную звезду (так называемая аккреция Бонди-Хойла) значительно больше, нежели у PSR B1257+12, нетипичной в этом смысле.
Иными словами, для подобных Земле планет зона обитаемости вокруг нейтронной звезды существует относительно недолго. А для сверхземель, обладающих плотной атмосферой зона обитаемости сохраняется значительно дольше. Ученые рассчитали, что в том случае, если бы наша планета находилась от PSR B1257+12 на расстоянии 1-10 астрономических единиц, при этом если бы на ее атмосферу приходилось около одного процента массы всей планеты, то Земля потеряла бы свою газовую оболочку примерно за 10 миллионов лет. При таких же условиях суперземли с толстыми атмосферами утратили бы газовую оболочку приблизительно за триллион лет.
Как отмечают исследователи, самая большая опасность для атмосферы заключается не в рентгеновских лучах, а в пульсарных ветрах. Действуют они в определенное время – существует своего рода линия смерти, которая определяет момент, когда нейтронная звезда прекращает вырабатывать ветер. У молодых пульсаров это происходит примерно через миллион лет, а у миллисекундных звезд – миллиарды лет. Однако, по словам ученых, это устраняет источник энергии планеты, в результате чего температура ее резко снижается, и любая возможность определения зоны обитаемости исключается. Впрочем, в таком случае остается аккреция Бонди-Хойла, которая может порождать достаточно рентгеновского излучения, нагревая таким образом планету. Кроме того, температуру можно поддерживать и приливным разогревом.
В том случае, если ось вращения нейтронной звезды и магнитная ось сильно расходятся, пульсарный ветер вообще может не достигать поверхности планеты. В экваториальной плоскости, в которой зачастую расположены планеты, пульсарный ветер отсутствует, есть лишь рентгеновское излучение. Ученые для подобного случая рассчитали, что атмосфера Фобетора и Полтергейста за 850 миллионов лет потеряла приблизительно 0,0005 массы Земли, что составляет примерно 0,0001 собственной масс. Это очень мало, особенно в том случае, если на атмосферу PSR B1257+12 d и PSR B1257+12 c приходится, согласно общепринятому предположению, около одного процента массы планет.
Данное исследование не дает возможности сделать однозначные выводы о том, что суперземли около PSR B1257+12 находятся в пределах зоны обитаемости. На данный момент ее определение невозможно для пульсаров, в том числе и для нейтронной звезды PSR B1257+12. В то же время, исследование показало, что в том случае, если Фобетор и Полтергейст имеют мощную и плотную атмосферу, то теоретически эти планеты могут быть пригодными для жизни.
Источник: tainy.net
