Если вглядеться в угасающее сияние звезды, что относится к белым карликам, то можно увидеть, как в нем растворяются каменистые останки бывших планет. Астрономы уже наблюдали, как коллапсирующая звезда разрывает на части нечто гораздо более крупное, чем она сама. Играет ли тут роль высокая температура белых карликов?

Маленький белый карлик. А ещё он тяжелый, злобный и экстремальный. Нет, речь идёт не о какой-то конкретной персоне, а о космических объектах, имеющих общую характеристику, и именуемых в среде астрономов таким уничижительным прозвищем.

Следует учитывать, что размеры во Вселенной, имеют поистине космические значения, и то, что относится к белым карликам, в наших земных представлениях о масштабе, является нечто гигантским.

Однако, градация наблюдается даже в данной астрономами характеристике, ведь существуют большие белые карлики и даже сверхгиганты. Давиды и Голиафы космоса сражаются друг с другом постоянно, но результаты их битв, не угрожают человечеству. Во всяком случае пока. Давайте разберёмся в этом поподробнее.

Белые карлики – это конечный этап жизни звезды. Как только запас топлива истощается, эти космические светила разрушаются под действием собственной силы тяжести, вытесняя всю массу раскаленных газов в сферу размером с Землю.

Иными словами, если рассматривать стадии эволюции звёзд, то белый карлик – это в каком-то смысле умершая звезда, которая не прочь прихватить с собой и пару-тройку крупных планет, оказавшихся поблизости.

Этапы эволюции звёзд схожи с человеческими – это рождение, молодость, средний возраст, старость и смерть. Однако в зависимости от первоначальной массы, конечный этап ряда звёзд будет отличаться.

Процесс превращения звезды в белого карлика происходит когда в её центре выгорает весь водород, вследствие чего ядро звезды сжимается, при этом внешние слои сильно расширяются. Образуется гелий, который в дальнейшем воспроизводит углерод и кислород. И вот тут если первоначальная масса белого карлика не позволяет поднять температуру ядра, для проведения дальнейших реакций, то в конечном итоге внешние слои становятся планетарной туманностью, а само ядро звезды, состоящее из углерода и кислорода, белым карликом.

Считается что белые карлики во Вселенной составляют до 10% от общего количества звёзд. Белый карлик – это несостоявшаяся нейтронная звезда, которой не хватило достаточной массы своего тела, чтобы пройти своеобразную космическую призывную комиссию для получения данного статуса. При этом средняя плотность белого карлика в миллион раз выше плотности обычных звёзд.

Это объясняется тем, что, как правило, радиус белого карлика равен земному, но вот масса такого «шарика» сравнима с массой Солнца. Не говоря уже о плотности: она варьируется от одного до ста миллионов г/куб.см.

Какая же температура у белых карликов? Она также зависит от размера белого карлика и обычно достигает 200000 К. Тела таких звезд остаются достаточно горячими, чтобы излучать тепло в течение сотен миллиардов лет. Это сияние может дать астрономам достаточно информации о химическом составе белого карлика. Нередко в них встречаются намеки на металлы – свидетельство каменистых планет, испаряющихся в жарком пламени умирающей звезды. Но что должно случиться для подобного поглощения?

Считается, что белые карлики во Вселенной составляют до 10% от общего количества звёзд. Из-за отсутствия реакций на их поверхности, они медленно остывают, являясь по сути «трупами» звёзд.

Однако для того, чтобы это произошло, звездная система должна пребывать в некотором беспорядке. Планеты должны быть достаточно близко к белому карлику, что обычно указывает на «встряску», вызванную находящимся поблизости объектом с большой массой – например очень крупной планеты.

Дальнейшие приключения умирающей звезды весьма занимательны и, как нетрудно догадаться, по-прежнему зависят от её массы. Другие звёзды, которым повезло с массой чуть больше, и она превышает 1,44 массы Солнца, превращаются не в белый карлик, а в чёрную дыру или же нейтронную звезду, и их подвид – пульсары.

Во Вселенной встречаются и пульсирующие белые карлики, для которых характерны периодические изменения светимости до трети от нормы. И хотя обычные нейтронные звёзды-пульсары могут вращаться десятки раз в секунду, то белые карлики имеют куда больший по времени период вращения, вплоть до нескольких часов.

Однако, благодаря пульсациям и общей светимости, астросейсмологи могут понять плотность звезды типа белый карлик, а также её размер и массу. Они разделяют спектральные классы белых карликов на две группы: «водородный» и более редкий «гелиевый». К первому типу относят звёзды в которых отсутствуют спектральные линии гелия, а ко второму – у которых нет линий водорода.

Самый большой белый карлик располагается на расстоянии около 1360 световых лет от нас в созвездии Лисички. Ближайшая к нам звезда – Солнце тоже обратиться в белый карлик и будет существовать в таком виде миллиарды лет.

Тем не менее существует звездная система, совершенно непохожая на известные современной науке аналоги. Исследователи из Великобритании, Чили и Германии наблюдали за планетой, подобной Урану, находящейся на орбите так близко к белому карлику WD J0914 + 1914, что она буквально разлетелась на части под воздействием звезды.

В целом это первый обнаруженный белый карлик, вокруг которого обращается планета-гигант. При ближайшем рассмотрении в спектре звезды наблюдаются явные признаки кислорода с оттенками серы. Смесь воды и сероводорода позволяет предположить, что это газовая планета, похожая по составу на наших собственных колоссов (таких как Нептун и Уран), которая теряет свою атмосферу. Колебания соотношения водорода и кислорода были достаточно странными, что побудило исследователей использовать специальный инструмент в Очень Большом Телескопе Европейской Южной Обсерватории, называемый спектрографом X-Shooter.

Чтобы космический гигант испарился таким образом, он должен быть как можно ближе к белому карлику. По оценкам исследователей, расстояние составляло около 15 солнечных радиусов – или около 10 миллионов километров – с орбитой всего десять земных дней. Для сравнения, орбита Меркурия приближает его к нашему Солнцу на расстояние не менее 46 миллионов километров.

Даже с учетом того факта, что газовый гигант находится на орбите вокруг белого карлика, неясно, является ли он аномалией или нам просто неизвестны похожие примеры. Однако отметим, что при тщательной проверке примерно 7000 других белых карликов в банках данных SDSS не удалось найти ничего похожего на WD J0914 + 1914.

WDJ0914+1914 – звезда в созвездии Рака. Находится на расстоянии 2038 световых лет от Солнца. Это первый обнаруженный одиночный белый карлик, вокруг которого обращается планета-гигант. Свидетельство существования планеты-гиганта было получено командой астрономов из Великобритании, Чили и Германии.

Первоначально систему считали катаклизмической переменной по данным о слабом излучении H-альфа в спектре, полученном в рамках Слоановского цифрового обзора неба. После подробного изучения спектра было обнаружено присутствие линий кислорода и серы. Затем при последующих спектроскопических наблюдениях на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории были найдены дополнительные линии в спектрах.

Пылевые и газовые остаточные диски вокруг белых карликов были известны и ранее, но в их спектрах доминировали линии кальция, при этом ни в одном диске не проявлялось излучение в линии H-альфа. Все ранее известные диски происходили от каменных планетарных тел. Размер диска вокруг WDJ0914+1914 был измерен при помощи анализа эффекта Доплера для эмиссионных линий. Диск вокруг белого карлика слишком большой (~1-10 радиусов Солнца) для того, чтобы его могла сформировать небольшая малая планета, разрушенная приливным воздействием внутри радиуса Роша. Исследователи также исключили возможность аккреции вещества со звезды-компаньона или коричневого карлика.

Наиболее приемлемым объяснением является испарение планеты-гиганта, вращающегося близко к белому карлику. Атмосфера планеты испаряется под воздействием сильного ультрафиолетового излучения горячего белого карлика. Вероятно, планета находится на расстоянии около 15 радиусов Солнца от белого карлика и обращается вокруг него с периодом 10 суток. Состав аккрецируемого вещества проявляет сходство с глубокими слоями ледяных гигантов Солнечной системы.

Исследователи определили, что планета вокруг WDJ0914+1914 должна потерять около 0,04 массы Нептуна, поэтому процесс аккреции не должен сильно повлиять на структуру планеты.

Ecли вaм кoгдa-тo дoвoдилocь нaблюдaть зa cмepтью звeзды, тo вы мoгли зaмeтить вpaщeниe ocтaткoв нeбoльшиx paзpушeнныx плaнeт. Oднaкo acтpoнoмaм нeдaвнo впepвыe пoвeзлo увидeть, кaк кoллaпcиpующaя звeздa paзpывaeт нeчтo бoлee кpупнoe. B своем иccлeдoвaнии они cocpeдoтoчилиcь нa aнaлизe бeлoгo кapликa WD J0914+1914. Cпeктpaльнoe иccлeдoвaниe пoзвoлилo зaфикcиpoвaть peдкиe cлeды плaнeты-гигaнтa. Пo cути, мы впepвыe cмoтpим нa звeздную cиcтeму тaкoгo типa.

Дaнныe пoлучили c пoмoщью Cлoaнoвcкoгo цифpoвoгo нeбecнoгo oбзopa, кoтopыe укaзaли нa пpизнaки плaнeты, нaпoминaющeй Уpaн. Этoт миp вpaщaeтcя тaк близкo к бeлoму кapлику, чтo eгo буквaльнo paзpывaeт нa чacти.

Paнee учeныe ужe зaмeчaли cиcтeмы, в кoтopыx бeлый кapлик paзpывaeт кaмeниcтыe тeлa. Ho никoгдa eщe нe удaвaлocь нaйти гигaнтcкиe плaнeты. И вoт этo cлучилocь!

Бeлый кapлик WD J0914+1914 oтдaлeн oт нac нa 2000 cвeтoвыx лeт, из-зa чeгo зa ним cлoжнo нaблюдaть. Изнaчaльнo cчитaли, чтo пepeд нaми двoйнaя звeзднaя cиcтeмa, в кoтopoй зaмeтили пoдпиcи вoдopoдa. Дaльнeйший aнaлиз выявил нaличиe cлeдoв киcлopoдa и cepы. Эти cтpaнныe нaxoдки зacтaвили вocпoльзoвaтьcя Oчeнь Бoльшим Teлecкoпoм и eгo cпeктpoгpaфoм X-Shooter.

Taким oбpaзoм, пpишли к вывoду, чтo вoкpуг бeлoгo кapликa вpaщaeтcя гaзoвый гигaнт, нaпoминaющий Heптун или Уpaн и тepяющий cвoй aтмocфepный cлoй. Чтoбы зaпуcтилcя пpoцecc иcпapeния, этoт миp дoлжeн нaxoдитьcя близкo к poднoй звeздe. Пoлaгaют, чтo диcтaнция cocтaвляeт гдe-тo 10 млн. км (у Mepкуpия – 46 млн. км), a opбитaльный путь зaнимaeт 10 днeй.

Ho этo нe кoнeц. Teпepь иccлeдoвaтeлям нужнo пoнять вaжный мoмeнт: мы cмoтpим нa aнoмaлию или жe этo клaccичecкaя cxeмa, кoтopую paньшe пpocтo нe мoгли нaйти? Haпpимep, в бaзe дaнныx oбзopa чиcлитcя oкoлo 7000 бeлыx кapликoв, нo никaкиx пpизнaкoв плaнeт-гигaнтoв нe нaблюдaли.

Тела таких звезд остаются достаточно горячими, чтобы излучать тепло в течение сотен миллиардов лет. Это сияние может дать астрономам достаточно информации о химическом составе белого карлика. Нередко в них встречаются намеки на металлы — свидетельство каменистых планет, испаряющихся в жарком пламени умирающей звезды.

Однако для того, чтобы это произошло, звездная система должна пребывать в некотором беспорядке. Планеты должны быть достаточно близко к белому карлику, что обычно указывает на «встряску», вызванную находящимся поблизости объектом с большой массой — например очень крупной планеты.

До сих пор, однако, астрономы не видели никаких признаков такого газового гиганта, вращающегося вокруг белого карлика. Хоть все и указывало на данное обстоятельство, но даже самые разумные предположения в науке требуют серьезных доказательств, прежде чем их можно будет воспринимать всерьез.

Но теперь доказательства появились. При ближайшем рассмотрении в спектре звезды были обнаружены явные признаки кислорода с оттенками серы. Смесь воды и сероводорода позволила предположить, что это газовая планета, похожая по составу на наших собственных колоссов (таких как Нептун и Уран), которая теряла свою атмосферу. Колебания соотношения водорода и кислорода оказались достаточно странными, чтобы побудить исследователей использовать специальный инструмент в Очень Большом Телескопе Европейской Южной Обсерватории, называемый спектрографом X-Shooter.

Чтобы космический гигант испарился таким образом, он должен быть как можно ближе к белому карлику. По оценкам исследователей, расстояние составляет около 15 солнечных радиусов - или около 10 миллионов километров - с орбитой всего десять земных дней. Для сравнения, орбита Меркурия приближает его к нашему Солнцу на расстояние не менее 46 миллионов километров.

Даже с учетом того факта, что газовый гигант находится на орбите вокруг белого карлика, неясно, является ли он аномалией или нам просто неизвестны похожие примеры. Однако отметим, что при тщательной проверке примерно 7000 других белых карликов в банках данных SDSS не удалось найти ничего похожего на WD J0914 + 1914 - так что открытие поистине уникально.