В 80 световых годах от нас, вокруг остывающей полумертвой звезды, вращается огромный газовый гигант – первая известная планета у белого карлика.
Впервые обнаружена планета на орбите белого карлика – плотного остывающего остатка звезды, в которой давно прекратились термоядерные реакции. Планета, газовый гигант WD 1856b, заметно крупнее карлика WD 1856+534, но легче него и движется вокруг по тесной орбите, делая полный оборот всего за 1,4 наших суток.
Такая же судьба ждет наше родное Солнце. Через несколько миллиардов лет, когда топливо для протекания термоядерных реакций в его недрах начнет заканчиваться, звезда распухнет красным гигантом. Разреженные внешние оболочки светила охватят орбиты ближних планет, включая Землю, а затем будут вовсе отброшены, оставив оголенное ядро белого карлика.
Формально говоря, это все еще звезда, однако термоядерные превращения в нем остановились, и белый карлик излучает лишь за счет остатков внутреннего тепла. Разумеется, ученых крайне интересует судьба нашей планеты на фоне этих превращений Солнца. Судя по стабильности WD 1856b, Земля вполне может их пережить.
Наблюдать за транзитом планеты на фоне звезды, расположенной на расстоянии около 80 световых лет, удалось с помощью космического телескопа TESS, а телескоп Spitzer получил снимки системы в инфракрасном диапазоне. Работа подтвердила существование планеты WD 1856b – газового гиганта диаметром примерно с Юпитер, совершающего вокруг белого карлика полный оборот за 34 часа. Заметим, что обычные размеры белых карликов – примерно с Землю.
Ученые полагают, что планета пережила превращение материнской звезды в красного гиганта, а затем и в карлика, благодаря тому, что тогда оставалась на куда большем удалении от нее. Проведя компьютерные симуляции, ученые подтвердили такой сценарий. Становясь красным гигантом, WD 1856+534 могла разрушить ближайшие внутренние планеты. В результате орбита планеты WD 1856b потеряла стабильность и сильно вытянулась, так что большую часть времени она стала проводить на безопасном удалении от звезды. Лишь затем, за несколько миллиардов лет, она постепенно вернулась к ней ближе; по оценкам астрономов, возраст белого карлика составляет около шести миллиардов лет.
Другой вариант – захват красным гигантом или белым карликом случайно пролетавшей мимо планеты – представляется менее вероятным. Однако окончательно удостовериться в этом еще предстоит. Для этого ученые планируют установить состав атмосферы WD 1856b – и провести такие наблюдения сможет телескоп James Webb. Система WD 1856+534 находится совсем недалеко от нас, и новый мощный инструмент рассмотрит ее во всех деталях.
WD 1856+534 – белый карлик в созвездии Дракона. Находится на расстоянии около 25 парсек от Солнца. Является внешним компонентом визуальной тройной звёздной системы, внутренние компоненты которой являются красными карликами.
Белый карлик обладает спектром поглощения без сильных линий поглощения в оптическом диапазоне или признаков каких-либо эмиссионных деталей в атмосфере. Эффективная температура составляет приблизительно 4700 K, что соответствует возрасту примерно 5,8 млрд лет. WD 1856+534 имеет массу, равную приблизительно половине массы Солнца, а радиус существенно меньше, всего на 40% больше земного.
Данный белый карлик известен наличием одной экзопланеты WD 1856+534 b. Экзопланету открыли методом прохождений при наблюдениях на спутнике Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) в период с июля по август 2019 года. Анализ данных о прохождениях в 2020 году показал, что планета по типу похожа на Юпитер, обладает радиусом около 10 радиусов Земли, обращается вокруг белого карлика на расстоянии около 0,02 астрономической единицы, а период обращения в 60 раз меньше, чем у Меркурия вокруг Солнца.
Неожиданно близкое расположение планеты к белому карлику предполагает, что планета должна была мигрировать во внутреннюю область системы уже после того, как звезда превратилась из красного гиганта в белый карлик, иначе планета погрузилась бы в атмосферу звезды. Миграция может быть связана с тем, что WD 1856+534 принадлежит иерархической тройной системе: белый карлик и планета гравитационно связаны с более далёким компонентом G 229-20, который является двойной системой из двух красных карликов.
Гравитационное взаимодействие со звёздами-компаньонами может запускать миграцию планет посредством механизма Лидова-Кодзаи так же, как и для некоторых горячих юпитеров. Альтернативная гипотеза состоит в том, что планета пережила стадию общей оболочки. В случае последнего сценария другие планеты, погрузившиеся в оболочку звезды раньше, могли привести к сбросу оболочки звезды.
Астрономы обнаружили тысячи планет за пределами Солнечной системы. Большинство звезд, вокруг которых вращаются эти планеты, в конечном итоге превратятся в красных гигантов, а затем в белых карликов. Во время фазы красного гиганта все планеты, вращающиеся на близкой орбите, поглощаются звездой, но более далекие планеты могут пережить эту фазу и оставаться на орбите вокруг белого карлика. Теперь же орбитальный телескоп Tess обнаружил возле белого карлика WD 1856 + 534 планету размером с Юпитер, причем на очень близкой орбите: планетарный год здесь длится всего 34 земных часа.
Ученые предполагают, что в фазе красного гиганта планета оставалась на далекой от своей звезды орбите, а затем совершила большой орбитальный переход. Причины такого перехода еще предстоит объяснить, однако теперь ясно, что планеты все же могут выжить на орбите, близкой к белому карлику.
Астрономы с помощью гравитационного микролинзирования нашли планету размером с Юпитер, которая вращается вокруг белого карлика – мертвой, выгоревшей звезды, смерть которой эта планета каким-то образом смогла пережить. Эта система дает представление о том, как будет выглядеть наша Солнечная система после того, как Солнце спустя 5 млрд лет исчерпает запасы водорода. Правда, Земля при этом может не выжить.
Гигантская газовая планета, вращающаяся вокруг мертвой звезды, дает представление о будущем Солнца и Солнечной системы спустя 5 млрд лет. Международная группа исследователей обнаружила планету возле белого карлика с помощью обсерватории Keck II, расположенной на вершине потухшего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, методом гравитационного микролинзирования, при котором невидимая прежде планета на какое-то время выступает в роли гравитационной линзы, усиливающей свет фоновой звезды, тем самым выдавая свое собственное присутствие. Это событие, наблюдаемое в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью адаптивной оптики, получило обозначение MOA-2010-BLG-477Lb.
Система содержит белый карлик 0,53±0,11 массы Солнца и вращающуюся вокруг него планету 1,4±0,3 массы Юпитера на расстоянии 2,8±0,5 астрономических единиц от звезды. Все это служит доказательством того, что планеты у белых карликов могут пережить экстремальную финальную фазу звездной эволюции таких звезд, похожих на Солнце, в ходе которой звезда, исчерпав свое ядерное горючее, раздувается до стадии красного гиганта, сбрасывает внешние оболочки и сжигает ближайшие планеты.
Система MOA-2010-BLG-477Lb расположена примерно в 6,5 тысяч световых лет от Земли в направлении на центр Галактики и представляет собой аналог того, как будет выглядеть на конечных стадиях звездной эволюции Солнце с Юпитером. Возможно, более половины белых карликов сохраняют удаленные планеты, по массе сопоставимые с массой Юпитера, однако судьба внутренних планет вроде Земли при этом остается довольно неопределенной.
Земля спустя 5 млрд лет с большой вероятностью окажется внутри раздувшейся звездной оболочки и будет поглощена Солнцем, хотя может и уцелеть. Впрочем, еще задолго до этого жизнь на ней станет невозможна. На какое-то время, исчисляемое миллионами лет, обитаемыми могут стать спутники планет-гигантов вроде Юпитера и Сатурна, однако к моменту превращения звезды в сжавшийся белый карлик они тоже неизбежно остынут, и вся звездная система окажется мертвой.
Белый карлик – это то, чем становятся после своей смерти звезды так называемой Главной последовательности, по массе сопоставимые с Солнцем. На последних стадиях своего звездного цикла звезда сжигает весь водород в своем ядре и сильно раздувается, затем происходит коллапс, звезда сжимается в белый карлик, все, что от нее остается, – это горячее плотное ядро размером с Землю, вдвое меньше по массе, чем прежнее Солнце. Поскольку эти компактные звездные трупы по своим размерам очень малы и за неимением ядерного топлива не могут уже ярко светиться, их довольно трудно обнаружить. Еще сложнее найти уцелевшие планеты белых карликов, находящиеся на дальних орбитах.
Сам белый карлик в силу того, что его светимость слишком ничтожна, обнаружить пока не удалось, однако астрономы смогли исключить альтернативные варианты – что планета вращается вокруг невидимой черной дыры или нейтронной звезды.
В 2020 году другая группа астрономов с помощью иного метода – отслеживая прохождение объекта на фоне родительской звезды (транзитный метод) – при наблюдениях с помощью космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) также открыла экзопланету, похожую на Юпитер, у белого карлика WD 1856+534 в созвездии Дракона на расстоянии свыше 80 световых лет от Солнца.
Однако планета WD 1856 b расположена довольно близко к белому карлику, и такой случай вряд ли можно назвать типичным, хотя близость планеты к белому карлику, конечно, способствовала ее обнаружению. MOA-2010-BLG-477Lb находится от белого карлика на расстоянии, почти в три раза превышающем расстояние между Землей и Солнцем, что делает ее первой известной планетой, которая занимает орбиту, подобную Юпитеру, у белого карлика. WD 1856 b, напротив, обращается вокруг своего белого карлика за 1,4 дня, это заставляет предположить, что планета мигрировала в свое текущее положение уже после смерти своей звезды – хотя конкретный механизм подобного перемещения еще предстоит разгадать.
Эндрю Вандербург из Массачусетского технологического института, возглавлявший группу, открывшую WD 1856 b, сказал в интервью газете New York Times, что выводы нового исследования кажутся ему убедительными. Он также отметил, что планеты с удаленными орбитами возле белых карликов, вероятно, более многочисленны, чем объекты с близкими орбитами, однако последний тип экзопланет проще обнаружить.
Новые открытия позволяют также порассуждать о поисках внеземной жизни в подобных местах и оценить потенциальную обитаемость систем белых карликов. Лиза Кальтенеггер, директор Института Карла Сагана при Корнеллском университете, которая также входила в группу астрономов, обнаруживших WD 1856 b, предположила, что некоторые звездные системы, на которых когда-то возникала жизнь, могут проходить через новый этап возрождения жизни уже в системах белых карликов: «Я нахожу это исследование захватывающим, потому что оно добавляет все больше свидетельств в пользу возможности выживания планет при смерти звезды, а это позволяет задуматься о будущем космоса. Если планеты могут пережить смерть своих звезд, то может ли на них сохраниться жизнь?» Умирающие звезды на стадии красного гиганта испускают опасное излучение, звездные ветры, их системы испытывают небывалую турбулентность, которая может уничтожить жизнь. Однако некоторые спекулятивные сценарии, которые позволяют сохранить обитаемость систем белых карликов, все же существуют.
Можно представить себе планету, достаточно удаленную от звезды, ставшей на какое-то время красным гигантом, которая уже в то время, когда родительская звезда превратиться в белый карлик, постепенно сблизится с ней и будет получать достаточно тепла для того, чтобы там снова могла существовать вода в жидком виде. А если бы жизнь возникла на спутнике Юпитера Европе, которая может содержать подледный океан, согретый приливными силами планеты-гиганта, то она потенциально могла бы выжить и на большем расстоянии от звезды.
| 
