Astrofizycy z Uniwersytetu w Leiden (Holandia) Michel Kama i Alessandro Patruno udowodnili, że planety nadające się do życia mogą istnieć wokół gwiazd neutronowych. Tak więc, w obecności określonych warunków, super-ziemie PSR B1257 + 12 d i PSR B1257 + 12 c, które otrzymały nazwy Fobetor i Poltergeist, znajdują się w ekosferze gwiazdy PSR B1257 + 12, zwanej Lich. Opracowanie na ten temat autorzy opublikowali w jednej ze specjalistycznych publikacji.
W tej chwili naukowcy znają około trzech tysięcy gwiazd neutronowych, ale tylko dwie z nich mają niezawodne układy planetarne, a niektórzy mogą mieć takie układy. Należy zauważyć, że pierwsze egzoplanety odkryto dokładnie w pobliżu gwiazdy neutronowej. Stało się to w 1991 roku. Odkrycia dokonał polsko-amerykański radioastronom A. Wolschan, który odkrył dwie egzoplanety w pobliżu PSR B1257 + 12 - Fobetor i Poltergeist. Każdy z nich jest około cztery razy cięższy od naszej planety. Rok później odkrycie to potwierdził kanadyjski astronom Dale Frail.
Po pewnym czasie odkryto tam kolejną egzoplanetę PSR B1257 + 12 b, która okazała się 50 razy lżejsza od Ziemi. Znajduje się bardzo blisko gwiazdy neutronowej, więc warunki na niej nie są odpowiednie nawet do najbardziej ekstremalnego życia. Jeśli chodzi o Poltergeista, ta egzoplaneta jest 4,3 razy cięższa od Ziemi, temperatura na jej powierzchni sięga 51-652 kelwinów. Planeta obraca się wokół pulsara w odległości 0,36 jednostki astronomicznej w okresie 66 dni. Druga egzoplaneta, Phobetor, jest dalej od pulsara i nieco cięższa niż Poltergeist.
Sama gwiazda PSR B1257 + 12 znajduje się w konstelacji Panny, w odległości 2,3 tysiąca lat świetlnych od naszej planety. Jest około 1,4 razy cięższa od Słońca, ale około 125 bilionów razy mniejsza od niej (promień pulsara wynosi tylko 10 kilometrów). Astronomowie szacują wiek PSR B1257 + 12 na około miliard lat, to znaczy, że pulsar jest cztery razy młodszy od Słońca. Gwiazda obraca się z okresem 0,06 sekundy, promieniowanie rentgenowskie o dużej mocy emanuje z niej do otaczającej przestrzeni. Wcześniej sądzono, że życie na tych dwóch egzoplanetach jest niemożliwe, ale Patruno i Kama byli w stanie udowodnić, że tak nie jest.
Tworzenie się gwiazd neutronowych następuje w wyniku eksplozji supernowej, po której często na orbicie znajduje się wystarczająco dużo materii, aby utworzyć dysk protoplanetarny. Oprócz pulsara PSR B1257 + 12 odkryto także egzoplanety wokół PSR J1719-1438. Bogaty w węgiel satelita PSR J1719-1438 b mógł być wcześniej białym karłem. Naukowcy przyznają również, że w pobliżu PSR J1937 + 21 może istnieć pas asteroid. Ponadto naukowcy interpretują niektóre zjawiska astronomiczne, w szczególności rozbłysk gamma GRB 101225A, jako zderzenie gwiazdy neutronowej i asteroidy lub komety.
Naukowcy tradycyjnie zidentyfikowali trzy typy planet, które mogą znajdować się w pobliżu gwiazd neutronowych. Pierwszy typ obejmuje typowe planety, które są produktem ubocznym tworzenia się gwiazd i które powstały jeszcze przed wybuchem supernowej i pojawieniem się samej gwiazdy neutronowej. Drugi typ obejmuje planety utworzone z materii, która pozostała po wybuchu supernowej w pobliżu gwiazdy neutronowej. Planety trzeciego typu to planety, które powstały z materii zniszczonego satelity gwiazdy neutronowej (na przykład PSR J1719-1438 b). Ten typ jest charakterystyczny dla satelitów gwiazd milisekundowych, w szczególności dla PSR B1257 + 12 i PSR J1719-1438.
Naukowcy spekulują, że planety wokół gwiazd neutronowych są raczej wyjątkiem niż regułą. Wysokoenergetyczne promieniowanie gamma i rentgenowskie, a także tak zwany wiatr pulsarowy mogą zniszczyć każdy obiekt w okresie od miliona do miliarda lat. Jednocześnie stosunkowo małe ciało niebieskie, które jest wystarczająco daleko od gwiazdy, ma szansę na utrzymanie stabilnej orbity przez długi czas. Z tego powodu, pomimo stosunkowo niewielkiej liczby pulsarów z planetami, ze względu na dużą liczbę samych gwiazd neutronowych (około miliarda) w Drodze Mlecznej, liczba układów planetarnych wokół nich sięga 10 milionów.
Systemy planetarne w pobliżu pulsarów nie muszą być podobne do tych znajdujących się w pobliżu gwiazd ciągu głównego. Na przykład zdolność zamieszkiwania planety jest zwykle definiowana za pomocą takich terminów, jak równowagowa temperatura powierzchni, dana energia promieniowania otrzymana od gwiazdy macierzystej. Energia ta jest obliczana przy pierwszym przybliżeniu jako promieniowanie ciała doskonale czarnego osiągające maksimum w zakresie optycznym, podczerwonym lub ultrafioletowym. W tym przypadku typowe strefy zamieszkałe są identyfikowane w odległości od kilku udziałów do jednostek astronomicznych.
Film promocyjny:
Strefa nadająca się do zamieszkania, która jest znacznie mniejsza niż w pobliżu gwiazd ciągu głównego, jest obliczana dla białych karłów (Słońce zmieni się w obiekt tego rodzaju za 8 miliardów lat). Gdy za 3 miliardy lat gwiazda ostygnie do temperatury około 10 tysięcy kelwinów, strefa zamieszkana będzie znajdować się w odległości 0,005-0,02 jednostki astronomicznej. Jeśli chodzi o gwiazdy neutronowe, najjaśniejsze promieniowanie ciała doskonale czarnego odpowiada promieniowaniu rentgenowskiemu, kiedy obserwuje się wiele wysokoenergetycznych cząstek jonizujących. Jednocześnie praktycznie nie ma promieniowania ultrafioletowego, optycznego i podczerwonego.
Autorzy badania wykorzystali specjalne oprogramowanie do analizy zdjęć systemu PSR B1257 + 12, które uzyskano 3 maja 2007 roku przy użyciu kosmicznego teleskopu rentgenowskiego Chandra. Ponadto wykorzystali dane obserwacyjne z 22 maja 2005 r., Aby porównać swoje odkrycia z wynikami innych naukowców. Według wstępnych szacunków temperatura powierzchni pulsara sięga 1,1 miliona kelwinów, a w pobliżu, w odległości ułamka jednostek astronomicznych, może istnieć dysk pyłowy.
Dla ewentualnego życia na Phobetorze i Poltergeist, głównym zagrożeniem i jednocześnie głównym źródłem ciepła mogą być promienie rentgenowskie, które mogą wywołać znaczne nagrzewanie atmosfery planet. Gamma i twarde promieniowanie rentgenowskie wnikają w atmosferę znacznie głębiej niż miękkie promienie rentgenowskie i promieniowanie ultrafioletowe. Jednak w przypadku, gdy bańka gazowa jest szeroka, niebezpieczne promieniowanie nie może dotrzeć do powierzchni planety.
Zgodnie z założeniami Kamy i Patruno planety krążące wokół izolowanych pulsarów powinny ewoluować jak ciała niebieskie krążące wokół gwiazd ciągu głównego, które emitują silne promieniowanie rentgenowskie we wczesnej fazie swojej ewolucji. Na naszej planecie promienie rentgenowskie są szybko blokowane przez termosferę, w której gaz ulega jonizacji, gdy wchodzi w interakcję z promieniowaniem ultrafioletowym i rentgenowskim. Ta warstwa ma dość wysoką temperaturę, która wynosi setki - tysiące kelwinów. Jednocześnie warstwa ta jest nieskuteczna jako źródło ciepła, ponieważ jest rozrzedzona.
Zgodnie z ogólnie przyjętą tezą, strefa nadająca się do zamieszkania to obszar wokół gwiazdy, w którym planeta podobna do Ziemi (czyli planeta z atmosferą dwutlenku węgla, azotu i wody) może mieć wystarczającą ilość wody w stanie ciekłym na swojej powierzchni. Bardzo często warunek konieczny, ale niewystarczający dla zamieszkania planety, naukowcy uważają, że wskaźnik jej temperatury równowagi nie spada poniżej 270 kelwinów. Kama i Patruno obliczyli nadającą się do zamieszkania strefę wokół pulsara PSR B1257 + 12, wykorzystując szacunki promieniowania docierającego do Phobetora i Poltergeista, stawiając hipotezę, że równowagowa temperatura dwóch superziemi wynosi 175-275 kelwinów.
Jest to całkiem możliwe, ponieważ atmosfera dużych planet ma wyższy gradient temperatury niż na Ziemi, której atmosfera jest dość jednorodna. Na tej podstawie naukowcy doszli do wniosku, że jeśli promienie X są głównym źródłem energii dla planet, to wszystkie trzy planety systemu PSR B1257 + 12 są nieodpowiednie do życia, ponieważ jest tam zbyt zimno. Ale jeśli weźmiemy pod uwagę promieniowanie gamma, które występuje z powodu wiatru pulsarowego w atmosferze planet, to granice strefy zamieszkiwalnej zostaną przesunięte o odległość 2-5 jednostek astronomicznych.
Pomiędzy tymi dwoma możliwymi scenariuszami istnieje przestrzeń parametrów, w których Fobetor i Poltergeist wpadają do strefy nadającej się do zamieszkania. Ponadto autorzy badania udowodnili, że najstarsza znana człowiekowi planeta - PSR B1620-26 - nawet w najbardziej optymistycznym przypadku nie nadaje się do zamieszkania. Jeśli chodzi o pulsara PSR J1719-1438, naukowcy mają obecnie zbyt mało danych na temat promieniowania rentgenowskiego, więc nie można wyciągnąć ostatecznych wniosków. Zdaniem naukowców jasność rentgenowska większości izolowanych pulsarów z wypływem materii do towarzysza na gwiazdę neutronową (tak zwana akrecja Bondi-Hoyle'a) jest znacznie wyższa niż nietypowa w tym sensie PSR B1257 + 12.
Innymi słowy, w przypadku planet podobnych do Ziemi, ekosfera wokół gwiazdy neutronowej istnieje przez stosunkowo krótki czas. A w przypadku super-lądów o gęstej atmosferze, strefa nadająca się do zamieszkania trwa znacznie dłużej. Naukowcy obliczyli, że gdyby nasza planeta miała od 1 do 10 jednostek astronomicznych z PSR B1257 + 12, a jej atmosfera stanowiła około 1% masy całej planety, to Ziemia straciłaby swoją powłokę gazową za około 10 milionów lat. W tych samych warunkach superziemi z gęstą atmosferą straciłyby swoją gazową powłokę w ciągu około biliona lat.
Jak zauważają naukowcy, największym zagrożeniem dla atmosfery nie są promienie rentgenowskie, ale wiatry pulsarowe. Działają w określonym czasie - istnieje rodzaj linii śmierci, która określa moment, w którym gwiazda neutronowa przestaje wytwarzać wiatr. U młodych pulsarów dzieje się to za około milion lat, aw przypadku milisekund gwiazd - miliardy lat. Jednak zdaniem naukowców eliminuje to źródło energii planety, w wyniku czego jej temperatura gwałtownie spada, a wszelka możliwość określenia strefy nadającej się do zamieszkania jest wykluczona. Jednak w tym przypadku pozostaje akrecja Bondi-Hoyle'a, która może wytworzyć wystarczającą ilość promieniowania rentgenowskiego, ogrzewając w ten sposób planetę. Ponadto temperaturę można utrzymywać przez ogrzewanie pływowe.
W przypadku, gdy oś obrotu gwiazdy neutronowej i oś magnetyczna silnie się rozchodzą, pulsar może w ogóle nie dotrzeć do powierzchni planety. W płaszczyźnie równikowej, w której często znajdują się planety, nie ma wiatru pulsarowego, występuje tylko promieniowanie rentgenowskie. Naukowcy dla takiego przypadku obliczyli, że atmosfera Phobetor i Poltergeist w ciągu 850 milionów lat straciła około 0,0005 masy Ziemi, co stanowi około 0,0001 swojej masy. Jest to bardzo małe, zwłaszcza jeśli atmosfera PSR B1257 + 12 d i PSR B1257 + 12 c stanowi, zgodnie z ogólnie przyjętym założeniem, około 1% masy planet.
Niniejsze badanie nie daje możliwości wyciągnięcia jednoznacznych wniosków, że superziemi w pobliżu PSR B1257 + 12 znajdują się w strefie nadającej się do zamieszkania. W tej chwili jego wyznaczenie jest niemożliwe dla pulsarów, w tym gwiazdy neutronowej PSR B1257 + 12. Jednocześnie badanie wykazało, że jeśli Phobetor i Poltergeist mają potężną i gęstą atmosferę, to teoretycznie te planety mogą nadawać się do życia.