Зомбі-світи: п'ять химерних планет на орбітах мертвих зірок

Що можна побачити, стоячи на планеті, які обертається навколо мертвої зірки, та чи дійсно існує повністю діамантова планета? Відповіді на ці питання наводить доктор Гарет Дорріан, науковець з Бірмінгемського університету. Оригінал статті опубліковано на the Conversation, переклад підготували Новини.LIVE.

Усі зірки, включаючи Сонце, мають обмежений час життя. Зірки світяться завдяки процесу ядерного синтезу, у якому легші атоми, такі як водень, зливаються разом, створюючи важчі. Цей процес вивільняє величезну кількість енергії, яка протидіє постійному внутрішньому притяганню гравітації зірки. Зрештою, термоядерний синтез допомагає зіркам протистояти гравітаційному колапсу.

Такий баланс сил називається "гідростатичною рівновагою". Однак настане час, коли запаси палива в ядрі зірки почнуть вичерпуватися, і вона врешті-решт загине. Зірки, маса яких перевищує масу Сонця приблизно у вісім разів, зазвичай спалюють своє паливо менш ніж за 100 мільйонів років. Як тільки термоядерний синтез припиняється, зоря колапсує, генеруючи масивний миттєвий фінальний вибух ядерного синтезу, який призводить до вибуху зорі як наднової.

Наднові вивільняють достатньо енергії, щоб затьмарити всю галактику, в якій вони виникають. Усе, що залишається після цього, — це зруйновані, мертві зоряні ядра, які називаються нейтронними зірками, або, якщо зоря-попередник була досить масивною, — чорною дірою. Будь-які планети, що обертаються навколо зірки, коли вона стає надновою, будуть знищені. Однак, як не дивно, було виявлено кілька "планет-зомбі", що обертаються навколо нейтронних зірок. І це одні з найдивніших світів у космосі.

Нейтронні зорі надзвичайно щільні, містять стільки маси, скільки Сонце, спресоване в сферу всього в кілька кілометрів в діаметрі. Деякі нейтронні зорі випромінюють у космос пучки радіохвиль — і саме навколо таких "пульсарів" були знайдені планети. Коли пульсар обертається, його радіохвилі проносяться крізь простір, генеруючи регулярні радіоспалахи. Пульсари були відкриті в 1967 році — звуки радіовипромінювання деяких з них можна послухати тут.

Регулярність цих радіоімпульсів робить пульсари ідеальними для полювання на сусідні планети. Якщо пульсар має планету, вони обидві обертатимуться навколо спільного гравітаційного центру. Це означає, що радіовипромінювання буде періодично розтягуватися і стискатися передбачуваним чином, що дозволить нам виявити планету.

Фобетор, Драугр і Полтергейст

Приблизно за 2 300 світлових років від Землі розташовано пульсар PSR B1257+12. Він спалахує 161 раз на секунду й отримав прізвисько "Ліч" на честь неживої істоти в західному фольклорі. На його орбіті обертаються три кам'янисті планети земного типу з назвами Фобетор, Драугр і Полтергейст.

Ці планети посідають особливе місце в історії астрономії, оскільки вони були першими за межами нашої Сонячної системи (екзопланетами), відкритими ще в 1991 році. Кілька років тому НАСА випустила ось такий постер про "зомбі-світи":

Їхнє відкриття поставило під сумнів уявлення про формування планет, яке зазвичай відбувається при утворенні нової зірки. На противагу цьому, ці планети мали утворитися після спалаху наднової зірки, що вмирає. Поки що достеменно невідомо, як це сталося. Матеріал в диску уламків, що обертається навколо пульсара, можливо, об'єднався в планети після спалаху наднової.

Драугр, названий на честь неживої істоти у скандинавській міфології, є найвіддаленішою з трьох. Він має приблизно вдвічі більшу масу, ніж Місяць, і є найменш масивною планетою з відомих нині, обертаючись навколо Ліча кожні 25 днів. Його більші двоюрідні брати, Полтергейст і Фобетор, обертаються по орбіті кожні 67 і 98 днів відповідно, і кожен з них приблизно в чотири рази перевищує масу Землі.

Пульсари мають потужні магнітні поля, які можуть дозволяти електричним струмам пронизувати простір між пульсаром і планетою, що обертається навколо нього. Отже, якщо будь-яка з цих планет має атмосферу, вона може постійно купатися в неземному світлі потужного полярного сяйва (схожого на наше північне сяйво).

Якби ви стояли на поверхні одного з таких зомбі-світів, ви б побачили крізь потужне світло полярного сяйва розпечений Ліч на небі, що проєктує два потужні й щільно обмежені пучки світла назовні в протилежних напрямках в чорноту космосу. Нейтронні зорі можуть бути надзвичайно гарячими, несучи в собі залишкове тепло, що лишилося від наднової. Температура Ліча становить майже 30 000 градусів за Цельсієм, і найвіддаленіший з цих світів, Драугр, ймовірно, має температуру лише на кілька градусів нижче нуля на своїй поверхні.

Діамантовий світ

Планета PSR J1719-1438b обертається навколо пульсара на відстані близько 4 000 світлових років, пролітаючи навколо свого носія трохи більше двох годин. Це найщільніша планета з усіх відкритих досі — настільки щільна, що вважається, що вона складається здебільшого з алмазу.

Цей "діамантовий світ" є залишком ядра мертвої зірки, яка називається білий карлик. Відомо, що вони мають високий вміст вуглецю (алмаз складається з вуглецю) — але цей конкретний білий карлик втратив 99,9% своєї початкової маси, поглинутий потужною гравітацією свого сусіднього пульсара.

Ця алмазна сфера приблизно вдвічі менша за Юпітер і обертається навколо PSR J1719-1438 на відстані 600 000 км (всього в 1,5 разу далі, ніж наш Місяць від Землі). На такій близькій відстані від свого пульсара, ймовірно, цей світ має дуже гарячу поверхню.

Мафусаїл

На орбітах Чумацького Шляху (і багатьох галактик) обертаються кулясті зоряні скупчення — сферичні групи, що містять до мільйона зір у кожній. Це одні з найстаріших зірок у Всесвіті.

Кулясте зоряне скупчення Мессьє М4 розташовано на відстані близько 5600 світлових років і містить близько 100 000 зірок. Серед них є планета на прізвисько Мафусаїл на честь сина Еноха з Книги Буття, який нібито прожив 969 років.

У центрі зоряного скупчення М4 розташовано пульсар і білий карлик, які обертаються навколо свого спільного гравітаційного центру кожен 161 день. Враховуючи короткоживучість зірок великої маси, пульсар мав би утворитися невдовзі після формування самої Мессьє 4.

Мафусаїл також обертається навколо цього центру, але набагато повільніше, приблизно раз на 100 років, на відстані, подібній до тієї, на якій Уран обертається навколо нашого Сонця. Це гігантська газова планета, маса якої приблизно в 2,5 разу перевищує масу Юпітера. Вважається, що Мафусаїл сформувався як звичайна планета навколо зірки, подібної до Сонця, протягом першого мільярда років після утворення Всесвіту. Потім вона була виведена на орбіту навколо головного пульсара, навколо якого вона відтоді обертається.

Висока щільність зірок у кульових скупченнях сприяє високій ймовірності близького зіткнення двох зірок, а також обміну планетами. Мафусаїл є найстарішою відомою планетою в космосі, яка утворилася приблизно 12,7 мільярду років тому разом з усіма зірками в М4.

Планети-пульсари — це світи крайнощів, але навіть вони можуть бути не найхимернішими. Невелика кількість теоретичних досліджень припускає існування планет, що обертаються навколо чорних дір. Однак поки що жодна з них не була знайдена.

Доктор Гарет Дорріан, постдокторський науковий співробітник з космічних наук, Бірмінгемський університет.

Фото: Unsplash, Freepik.com