Парадоксальные миры: как астрономы нашли мини-Землю и планету у мертвой звезды

Исследователи отчитались об интересном открытии — у самой близкой к Солнцу звезды обнаружена настоящая мини-Земля, претендующая на антирекорд по массе. Одновременно другая группа астрономов сообщила о еще более волнующем, но и более спорном открытии. Ученые впервые нашли признаки существования потенциально обитаемой планеты у остывающей звезды — белого карлика. И, похоже, именно гибель звезды создала там подходящие условия для развития жизни.

Прибавление в семье соседа

Проксима Центавра — ближайшая к Солнечной системе звезда. До нее всего около четырех световых лет. Благодаря этому она — идеальный объект наблюдений.

В 2016 году у нее открыли первую планету — Проксиму b. Она в 21 раз ближе к своему солнцу, чем Земля — к своему, и совершает полный оборот вокруг светила всего за 11 земных суток. Но Проксима Центавра меньше и холоднее Солнца. Поэтому как раз такая дистанция и обеспечивает планете температуру, совместимую с существованием жидкой воды и жизни. Как говорят специалисты, Проксима b находится в зоне обитаемости своей звезды. Да и по массе она сравнима с Землей.

В 2019-м появились сообщения об открытии следующей планеты, Проксимы c — правда, в ее существовании пока остаются сомнения. Этот мир находится в полтора раза дальше от светила, чем Земля, и местный год длится пять земных. Естественно, там слишком холодно для жизни.

И вот недавно астрономы обнаружили нового кандидата в планеты — Проксиму d. Она в 35 раз ближе к звезде, чем Земля к Солнцу и совершает полный оборот вокруг нее всего за пять земных дней. Даже для маленькой и прохладной Проксимы Центавра это чересчур тесное соседство, так что Проксима d не может быть обитаемой. Но интересно в ней не это.

Небесное тело было обнаружено методом лучевых скоростей. Это один из двух по-настоящему результативных методов поиска экзопланет, то есть планет вне Солнечной системы. С его помощью обнаружено примерно 20% из почти 5000 известных экзопланет. Суть метода в том, что притяжение планеты действует на звезду и чуть-чуть сдвигает светило ей навстречу. По мере того, как экзопланета обходит звезду, последняя, так сказать, пританцовывает на месте. Большие телескопы с чувствительными приемниками фиксируют эти колебания. Благодаря им можно не только обнаружить планету, но и измерить ее массу.

Проксима d вызывает колебания звезды со скоростью всего 40 см в секунду. Трудно представить себе, как можно уловить столь крошечное смещение объекта, по размерам сравнимого с Солнцем. Однако это удалось благодаря самому большому в мире оптическому телескопу (VLT) и одному из самых совершенных спектрографов (ESPRESSO).

Столь скромные колебания светила означают, что масса Проксимы d составляет всего 0,26 ± 0,05 земной. Новая экзопланета более чем втрое легче Венеры и всего в 2,4 раза массивнее Марса.

Проксима d легче любой другой планеты, «взвешенной» методом лучевых скоростей. Она перекрыла антирекорд массы, установленный в прошлом году планетой L 98-59 b (0,4 ± 0,15 масс Земли).

Для астрономов очень важно, что рутинный, массово применяемый метод поиска и «взвешивания» экзопланет достиг такой потрясающей чувствительности. Ведь миниатюрных планет во Вселенной должно быть куда больше, чем гигантских. К тому же именно небольшие миры подходят для зарождения жизни — конечно, когда они находятся на благоприятном расстоянии от светила.

Жизнь как следствие смерти

Судьба планет тесно связана с жизнью и смертью обогревающих их солнц. Иногда планета может пережить гибель своей звезды и, как ни парадоксально, стать обитаемой именно после этого.

Как будет выглядеть смерть 95% звезд Галактики (кроме самых массивных)? Когда термоядерное топливо начнет подходить к концу, светило сначала раздуется, превратившись в красный гигант. Солнце на этом этапе проглотит Меркурий, Венеру, а возможно, и Землю. Когда термоядерные реакции окончательно угаснут, внешние слои звезды будут сброшены в космос, и на ее месте останется раскаленное ядро — белый карлик.

Эти метаморфозы могут оказаться губительными для планет. Ближайшие миры будут проглочены звездой еще на стадии красного гиганта. Более далекие могут стать жертвой уже белого карлика. Мощная гравитация этого маленького, но очень плотного комка материи придвинет планеты ближе к светилу, чем они находились изначально. Подошедшие слишком близко миры будут буквально разорваны на части приливными силами. С другой стороны, некоторые экзопланеты в результате «переезда» могут попасть в зону обитаемости белого карлика и дать начало жизни. Эти остатки звезд остывают очень медленно, так что могут обогревать пристроившиеся к ним планеты еще миллиарды лет. Судя по возрасту древнейших следов жизни на Земле, этого срока вполне достаточно для возникновения живых организмов.

Однако до сих пор у наблюдателей не было особых поводов для оптимизма. В атмосферах десятков белых карликов наблюдаются примеси, похожие на следы разрушенных и упавших на звезду планет. Вокруг нескольких «отставных звезд» обнаружены и диски обломков. А вот с уцелевшими планетами явная проблема. Известен лишь один случай, когда такую экзопланету обнаружили прямым и надежным методом, а не по косвенным признакам. Да и то исследователи пока не уверены, что это именно планета, а не коричневый карлик.

Авторы новой работы наблюдали белый карлик WD 1054–226, находящийся в 117 световых годах от Земли, с помощью нескольких наземных и космических телескопов. Обработав данные, они обнаружили, что некое препятствие все время заслоняет от наблюдателя часть света этой бывшей звезды. Этим препятствием не может быть планета, так как последняя должна периодически скрываться за диском светила. Ученые сделали вывод, что белый карлик окружен кольцом из обломков миров, разорванных приливными силами. Это кольцо делает полный оборот за 25 часов.

Обломки и пыль в кольце группируются в 65 облаков неправильной формы. Типичный размер этих скоплений — около 3000 км (чуть меньше диаметра Луны). Удивительно, но между облаками обломков есть четкие интервалы, словно между вагонами поезда: очередная «куча мусора» затмевает белый карлик каждые 23 минуты.

Каким образом в кольце обломков может сохраняться столь строгая регулярность? Самой правдоподобной авторы считают такую версию. Вблизи кольца пролегает орбита планеты, и ее гравитация удерживает «вагоны поезда» на стабильном расстоянии друг от друга. Таким же образом структуры в кольцах Юпитера и Нептуна сохраняются благодаря их спутникам, Метиде и Галатее.

Если гипотетическая планета существует, она находится как раз в зоне обитаемости белого карлика, а на ее поверхности возможно существование жидкой воды. Вероятно, экзопланета попала на столь благоприятную орбиту уже после превращения родительской звезды в белый карлик, иначе она была бы поглощена на стадии красного гиганта.

Гипотеза о существовании таинственной планеты заманчива, но небесспорна. Даже само наличие кольца обломков, а тем более удивительно регулярных просветов в нем, еще нужно проверить независимыми наблюдениями. И даже если эти факты подтвердятся, они могут быть объяснены каким-нибудь другим образом. Самой планеты пока никто не обнаружил ни одним из стандартных методов открытия экзопланет. Впрочем, заинтриговавший ученых белый карлик наверняка еще не раз подвергнется тщательному исследованию.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора