|
Существование жизни вокруг белых карликов
|
|
|
|
Солнце когда-нибудь умрет. Это произойдет, когда в его ядре закончится водородное топливо, и оно больше не сможет производить энергию путем ядерного синтеза, как это происходит сейчас. О гибели Солнца часто думают как о конце солнечной системы. Но на самом деле это может быть началом нового этапа жизни для всех объектов, населяющих Солнечную систему.
|
|
|
|
Когда звезды, подобные солнцу, умирают, они проходят через фазу быстрого расширения, называемую фазой Красного гиганта: радиус звезды увеличивается, а ее цвет становится краснее. Как только гравитация на поверхности звезды становится недостаточно сильной, чтобы она могла удерживать свои внешние слои, большая часть — примерно до половины — ее массы улетучивается в космос, оставляя после себя остаток, называемый белым карликом.
|
|
|
|
Я профессор астрономии в Университете Висконсин-Мэдисон. В 2020 году мы с коллегами обнаружили первую неповрежденную планету, обращающуюся вокруг белого карлика. С тех пор я был очарован перспективой существования жизни на планетах, обращающихся вокруг этих крошечных плотных белых карликов.
|
|
|
|
Исследователи ищут признаки жизни во Вселенной, ожидая, пока планета не пройдет между звездой и полем зрения их телескопа. Поскольку свет звезды освещает планету сзади, они могут использовать некоторые простые физические принципы для определения типов молекул, присутствующих в атмосфере планеты.
|
|
|
|
|
|
|
В 2020 году исследователи поняли, что могут использовать этот метод для изучения планет, вращающихся вокруг белых карликов. Если бы в атмосфере такой планеты были молекулы, созданные живыми организмами, космический телескоп Джеймса Уэбба, вероятно, смог бы обнаружить их, когда планета проходила бы перед своей звездой.
|
|
|
|
В июне 2025 года я опубликовал статью, в которой ответил на вопрос, который впервые начал беспокоить меня в 2021 году: Может ли океан, который, вероятно, необходим для поддержания жизни, вообще существовать на планете, вращающейся вблизи мертвой звезды?
|
|
Вселенная, полная белых карликов
|
|
|
|
Масса белого карлика составляет примерно половину массы Солнца, но эта масса сжата до объема, примерно равного размеру Земли, а его электроны прижаты друг к другу настолько близко, насколько позволяют законы физики. Радиус Солнца в 109 раз больше Земного — эта разница в размерах означает, что планета земного типа, вращающаяся вокруг белого карлика, может быть примерно такого же размера, как и сама звезда.
|
|
|
|
Белые карлики чрезвычайно распространены: по оценкам, в нашей галактике их насчитывается около 10 миллиардов. И поскольку каждой звезде с низкой массой суждено в конечном итоге стать белым карликом, еще бесчисленному множеству предстоит сформироваться. Если выяснится, что жизнь может существовать на планетах, вращающихся вокруг белых карликов, эти звездные остатки могут стать многообещающими объектами для поиска жизни за пределами Земли.
|
|
|
|
Но может ли вообще существовать жизнь на планете, вращающейся вокруг белого карлика? С 2011 года астрономам известно, что обитаемая зона находится очень близко к белому карлику. Эта зона - место в планетной системе, где на поверхности планеты может существовать жидкая вода. Вода не может быть слишком близко к звезде, чтобы она закипела, и не может быть так далеко, чтобы она замерзла.
|
|
|
|
Обитаемая зона вокруг белого карлика будет в 10-100 раз ближе к белому карлику, чем наша собственная обитаемая зона к солнцу, поскольку белые карлики намного слабее.
|
|
|
|
Проблема приливного нагрева
|
|
|
|
Нахождение так близко к поверхности белого карлика может создать новые проблемы для зарождающейся жизни, с которыми не сталкиваются более отдаленные планеты, такие как Земля. Одна из них - приливный нагрев.
|
|
|
|
Приливные силы — различия в гравитационных силах, которые объекты в космосе оказывают на разные части расположенного поблизости второго объекта, — деформируют планету, а трение приводит к нагреву деформируемого материала. Пример этого можно увидеть на спутнике Юпитера Ио.
|
|
|
|
Силы притяжения, создаваемые другими спутниками Юпитера, притягивают орбиту Ио, деформируя его внутреннюю часть и нагревая ее, что приводит к постоянному извержению сотен вулканов на его поверхности. В результате на Ио не может быть воды, потому что его поверхность слишком горячая.
|
|
|
|
В отличие от этого, соседний спутник Европы также подвержен приливному нагреву, но в меньшей степени, поскольку он находится дальше от Юпитера. Тепло, выделяемое приливными силами, привело к частичному таянию ледяного панциря Европы, в результате чего под поверхностью образовался океан.
|
|
|
|
Планеты в обитаемой зоне белого карлика должны находиться на орбитах, достаточно близких к звезде, чтобы испытывать приливный нагрев, подобный тому, как нагреваются Ио и Европа из-за их близости к Юпитеру.
|
|
|
|
Сама по себе эта близость может представлять угрозу для обитаемости. Если в системе больше одной планеты, то приливные силы от близлежащих планет могут привести к тому, что атмосфера планеты будет удерживать тепло до тех пор, пока не станет все жарче и жарче, что сделает планету слишком горячей для существования жидкой воды.
|
|
Преодоление фазы красного гиганта
|
|
|
|
Даже если в системе есть только одна планета, на ней может не сохраниться воды.
|
|
|
|
В процессе превращения в белого карлика звезда расширяется в 10-100 раз по сравнению со своим первоначальным радиусом в фазе красного гиганта. За это время все, что находится в пределах этого увеличенного радиуса, будет поглощено и уничтожено. В нашей солнечной системе Меркурий, Венера и Земля будут уничтожены, когда Солнце в конечном итоге превратится в красного гиганта, а затем в белого карлика.
|
|
|
|
Чтобы планета пережила этот процесс, она должна была бы находиться гораздо дальше от звезды — возможно, на расстоянии Юпитера или даже за его пределами.
|
|
|
|
Если планета находится так далеко, то после образования белого карлика ей нужно будет мигрировать вглубь планеты, чтобы стать пригодной для жизни. Компьютерное моделирование показывает, что такого рода миграция возможна, но этот процесс может вызвать экстремальный приливный нагрев, который может привести к выкипанию поверхностных вод — подобно тому, как приливный нагрев вызывает вулканизм на Ио. Если в результате миграции образуется достаточно тепла, то планета может потерять всю свою поверхностную воду к тому времени, когда она наконец достигнет пригодной для жизни орбиты.
|
|
|
|
Однако, если миграция произойдет достаточно поздно в течение жизни белого карлика — после того, как он остынет и перестанет быть горячим, ярким, недавно сформировавшимся белым карликом, — то поверхностная вода может не испариться.
|
|
|
|
При определенных условиях планеты, вращающиеся вокруг белых карликов, могут содержать жидкую воду и потенциально поддерживать жизнь.
|
|
Ищите жизнь на планетах, вращающихся вокруг белых карликов
|
|
|
|
Астрономы пока не обнаружили ни одной похожей на Землю обитаемой экзопланеты, вращающейся вокруг белых карликов. Но эти планеты трудно обнаружить.
|
|
|
|
Традиционные методы обнаружения, такие как транзитный метод, менее эффективны, поскольку белые карлики намного меньше, чем обычные звезды, у которых есть планеты. С помощью транзитного метода астрономы наблюдают за падением освещенности, которое возникает, когда планета проходит перед своей звездой-хозяином вне поля нашего зрения. Поскольку белые карлики очень малы, нужно быть очень везучим человеком, чтобы увидеть, как планета проходит перед ними.
|
|
|
|
Тем не менее, исследователи изучают новые стратегии обнаружения и характеристики этих неуловимых миров с помощью современных телескопов, таких как телескоп Уэбба.
|
|
|
|
Если будет обнаружено, что вокруг белых карликов существуют пригодные для жизни планеты, это значительно расширит диапазон условий, в которых может сохраняться жизнь, демонстрируя, что планетные системы могут оставаться жизнеспособными для жизни даже спустя долгое время после смерти звезды-хозяина.
|
|
|
|
Источник
|
