Постапокалиптическая планета доказывает, что Земля может пережить гибель Солнца

Фото из открытых источников

Из всех странных миров в нашей галактике Млечный Путь, одними из самых загадочных являются те, что находятся вокруг белых карликов. Это не обычные звезды, занятые столкновением атомов в своих ядрах, а сверхплотные остатки звезд, подобных Солнцу, прошедших этап своей гибели — раздувшись до огромных красных гигантов, прежде чем сбросить свои внешние слои и коллапсировать в плотные звездные ядра.

Именно это произойдет с Солнцем примерно через 5 миллиардов лет, поэтому, очевидно, любые экзопланеты на орбитах белых карликов представляют огромный интерес для ученых, стремящихся пролить свет на будущую судьбу Солнечной системы.

Теперь, используя телескоп JWST, астрономы впервые получили возможность заглянуть внутрь атмосферы гигантской планеты WD 1856b, которая вращается вокруг белого карлика, и обнаружили, что она намного горячее, чем кто-либо ожидал. Результаты их исследований опубликованы в журнале Nature.

«Как только мы увидели спектр WD 1856b, который показывает колоссальное уменьшение эффективного размера планеты на более длинных инфракрасных волнах, мы воскликнули: "Ух ты! Что же здесь происходит?"» — рассказал астроном Райан Макдональд из Университета Сент-Эндрюс в Великобритании. «Спектр транзита WD 1856b, полученный с помощью телескопа JWST, не похож ни на одну другую планету, которую мы видели раньше».

Белые карлики — одни из самых экстремальных объектов во Вселенной. Это то, что остаётся после того, как звезда массой до восьми раз превышающей массу Солнца покидает орбиту главной последовательности — мёртвый комок, который светится лишь остаточным теплом в течение триллионов лет.

Нам примерно известно, как происходит эта трансформация. По мере приближения звезды к полному истощению ядерного топлива она раздувается до размеров, в сотни раз превышающих первоначальные.

В конце концов, эта раздутая оболочка расширится и рассеется, превратившись в ничто, а ядро, больше не поддерживаемое внешним давлением термоядерного синтеза, схлопнется под действием гравитации.

Образовавшийся белый карлик чрезвычайно плотный, вмещая в себя до 1,4 массы Солнца и имея примерно такой же размер, как Земля.

Астрономы считают, что для Солнечной системы этот процесс будет иметь очень разрушительные последствия, и фаза красного гиганта потенциально может привести к расширению Солнца до орбиты Марса.

«Когда Солнце превратится в красного гиганта, Меркурий и Венера будут уничтожены. Судьба Земли находится на грани (ее выживание зависит от мельчайших деталей звездной модели). Но внешние планеты, такие как Юпитер и Сатурн, почти наверняка переживут гибель Солнца», — пояснил Макдональд. «Когда Солнце умирает, и его ядро остаётся в виде белого карлика, потерянная масса изменит орбиты оставшихся планет и заставит их двигаться наружу. Поскольку гравитационное притяжение белого карлика будет намного меньше, чем у Солнца, Солнечная система станет менее связанной, и динамическим взаимодействиям будет легче перемещать планеты».

Было обнаружено множество экзопланет, вращающихся вокруг белых карликов, что, естественно, поднимает вопрос о том, как они пережили предсмертную агонию звезды.

Однако изучение атмосферы экзопланеты-белого карлика гораздо сложнее, чем изучение атмосферы живой звезды.

Астрономы изучают атмосферы экзопланет, когда планеты проходят между нами и своими звездами. Когда свет звезды проходит через атмосферу, он улавливает признаки содержащихся в ней газов, что позволяет астрономам определить, из чего состоит атмосфера.

Большинство звёзд намного крупнее своих планет. WD 1856b, расположенный на расстоянии 82 световых лет, в семь раз больше белого карлика, вокруг которого он вращается.

«Обычно во время транзита атмосфера транзитной планеты полностью располагается на диске своей звезды, но в случае с WD 1856b белый карлик покрывается лишь частью атмосферы», — сказал Макдональд. «Эта система имеет самую большую известную глубину транзита среди всех экзопланет (56 процентов), и транзит длится всего 8 минут. Белый карлик также намного тусклее, чем звезды главной последовательности, которые мы обычно наблюдаем. Поэтому это действительно совершенно другая система по сравнению с теми, которые мы обычно изучаем с помощью JWST. Нам пришлось разработать новые модели и полностью переосмыслить подход к анализу спектров JWST для этой необычной планетной системы вокруг мертвой звезды».

Исследователей поразило не содержимое атмосферы экзопланеты, а её температура.

Они ожидали, что температура на нём составит около -113 градусов Цельсия, что аналогично Юпитеру, который имеет схожие размеры и орбиту с WD 1856b. Вместо этого температура воздуха колебалась около 126 градусов Цельсия.

«Нам было непонятно, как планета, вращающаяся вокруг старого, тусклого белого карлика, который остывает с тех пор, как звезда, из которой он образовался, умерла 5,4 миллиарда лет назад, может быть такой теплой?» — сказал Макдональд.

Гигантские планеты остывают с предсказуемой скоростью на протяжении миллиардов лет. Это означает, что их нынешние температуры сохраняют следы событий, которые нагревали их в прошлом.

Исследователи также с удивлением обнаружили, что, несмотря на то, что WD 1856b лишь немного меньше Юпитера, он в семь раз массивнее.

В совокупности удивительные температура и масса планеты позволили исследователям реконструировать её историю.

Они обнаружили, что необычный мир достиг своей максимальной температуры спустя миллиарды лет после того, как звезда превратилась в белый карлик. Это совпадение по времени предполагает, что белый карлик не был причиной; что-то другое должно было повторно нагреть его спустя долгое время после звездной трансформации.

Одной из возможных причин может быть находящаяся поблизости двойная звезда, приливное воздействие которой могло как нагреть экзопланету, так и заставить её переместиться внутрь с более отдалённой орбиты на нынешнее положение.

«Наши результаты показывают, что гигантские планеты, такие как Юпитер, могут обрести «вторую жизнь» после смерти своей звезды: планета приближается к ней, повторно нагревается и претерпевает изменения в химическом составе своей атмосферы», — сказал Макдональд. «Смерть звёзд — это не конец, это новая глава в жизни таких планет, как Юпитер».

Мы до сих пор не знаем, что это будет означать для Земли. Некоторые модели предполагают, что наш мир будет поглощен Солнцем, другие — нет. Если он переживет поглощение, мы не знаем, как перераспределение солнечной массы повлияет на орбиту Земли.

Человечество вряд ли проживет достаточно долго, чтобы это увидеть, но к тому времени, возможно, зародится новая жизнь. Изучение таких миров, как WD 1856b, могло бы показать нам, каковы шансы на это.

«Сегодняшние результаты показывают, что мы можем измерить состав атмосфер планет, тесно вращающихся вокруг белых карликов, что открывает захватывающую новую область исследований атмосфер планет, образовавшихся после главной последовательности», — сказал Макдональд. «В конечном итоге, мечтой было бы найти каменистую планету, вращающуюся вокруг белого карлика, возможно, даже в его обитаемой зоне. Ведь что может быть поэтичнее, чем поиск жизни вокруг мертвой звезды?»