Астрономы разрешили пульсарам иметь пригодные для жизни планеты

Рядом с пульсарами могут существовать потенциально пригодные для жизни планеты, сообщают астрономы в журнале Astronomy & Astrophysics. Однако они должны обладать очень плотной атмосферой, а их масса — превосходить земную в несколько раз.

Пульсары традиционно считаются не самыми лучшими кандидатами на роль «хозяев» потенциально обитаемых планет. Дело в том, что пульсар — это оставшаяся после взрыва сверхновой вращающаяся нейтронная звезда, которая обладает сильным магнитным полем и испускает узконаправленные потоки излучения в области магнитных полюсов. При этом основная часть излучения приходится на рентгеновский диапазон, который губителен для известных нам организмов.

Однако нидерландские астрономы Алессандро Патруно (Alessandro Patruno) и Михкель Кама (Mihkel Kama) из Лейденского университета пришли к выводу, что чисто гипотетически у пульсаров могут существовать пригодные для жизни планеты. В своей работе исследователи уточнили, как возникли три экзопланеты рядом с пульсаром PSR B1257+12, и на основе этих данных предположили, где должна находиться зона обитаемости вращающихся нейтронных звезд.

Исследователи искали обломочный диск, гипотезу о наличии которого выдвинула другая группа астрономов еще 10 лет назад. Он должен помочь объяснить механизм образования экзопланет у пульсара PSR B1257+12, находящегося в 2,3 тысячи световых лет от Земли. Исследователи искали следы диска в данных космической рентгеновской обсерватории «Чандра» и действительно их нашли. Они обнаружили неравномерность распределения энергии фотонов, идущих от источника, в диапазоне 0,3 — 8,0 килоэлектронвольт, что указало на присутствие поглощающего материала.

Существует три сценария образования экзопланет вокруг пульсаров. Согласно первому, они рождаются в аккреционном диске молодой звезды. Второй сценарий предполагает возникновение небесных тел из материала, оставшегося поле взрыва сверхновой, а третий — из вещества звезды-компаньона — «соседки» нейтронной звезды (если система была двойной). Однако первый вариант маловероятен, так как взрыв сверхновой, скорее всего, выбросил бы «нормальные» экзопланеты со своих орбит. Другие сценарии отделить друг от друга непросто — тем не менее, пульсар PSR B1257+12 относится к классу миллисекундных, а они приобретают высокую скорость вращения как раз за счет поглощения своих компаньонов.

Если пульсарные планеты образуются согласно второму или третьему сценарию, то их газовые оболочки будут богаты тяжелыми элементами (в астрономии это все, что тяжелее гелия), так как именно взрывы сверхновых считаются их главным источником. Водород легко уносится в космос, поэтому в атмосфере должны остаться более тяжелые газы. Благодаря этому небесные тела могут быть устойчивы к рентгеновскому излучению пульсаров, которое действует на атмосферу крайне разрушительно.

Однако газовые оболочки небесных тел должны быть очень плотными. На объектах в несколько раз тяжелее Земли атмосфера должна быть в сотни тысяч или даже миллионы раз массивнее земной. При этом и самой планете необходимо быть достаточно массивной, чтобы удержать такую газовую оболочку. Ученые предполагают, что для системы пульсара PSR B1257+12 такой сценарий вполне реален: две планеты из трех являются суперземлями с массой 3,9 и 4,3 земных.

В то же время, потеря атмосферы все равно неизбежна, вопрос лишь в том, как скоро это случится. Патруно и Кама построили модель взаимодействия газовых оболочек суперземель с пульсарным излучением. Они рассмотрели сценарий, в котором у планет нет глобального магнитного поля. Выяснилось, что объект, по своим характеристикам похожий на Землю, потеряет атмосферу относительно быстро — за период от одного до десяти миллионов лет. Для суперземель прогноз оказался несколько лучше: если атмосфера такого объекта будет достаточно толстой (30 процентов массы планеты), то она сохранится и через миллиард лет. С магнитным полем этот процесс замедлится, правда, неизвестно насколько. Обитаемая зона пульсаров (область, допускающая существование жидкой воды на поверхности) при этом может варьироваться от менее 0,01 до 10 астрономических единиц в зависимости от светимости пульсара.

Однако имеются и другие ограничения: например, поверхность планет может быть недостаточно теплой. Рентгеновское излучение, которое будет разогревать небесные тела, согласно расчетам, должно поглощаться в 50–70 километрах от поверхности. Кроме того, со временем поток энергии от пульсара станет уменьшаться, поэтому планеты будут остывать.

Таким образом, несмотря на то, что пульсарные планеты, по мнению Патруно и Камы, могут быть пригодны для жизни, эта гипотеза требует тщательного рассмотрения. Из-за толщины атмосферы поверхность небесных тел будет довольно темной, а давление у нее — очень высоким. Кроме того, неизвестно, какие температуры будут господствовать в нижних слоях газовой оболочки планет, поэтому сегодня пульсарные планеты все-таки трудно назвать лучшими кандидатами для поиска жизни.

В этом году астрономы открыли первый миллисекундный оптический пульсар. Он представляет собой нейтронную звезду с периодом вращения 1,69 миллисекунды, которая удалена от нас на 4,5 тысячи световых лет.

Кристина Уласович