Пульсарная планета – планета, которая обращается вокруг пульсара. Первая планета за пределами Солнечной системы была найдена именно возле пульсара. Планета, обращающаяся возле пульсара, вызывает возмущение в его периоде пульсации, и поскольку период вращения пульсара весьма стабилен, то даже небольшие возмущения, вызванные планетой, могут быть зафиксированы. Именно так и находят пульсарные планеты.

Мы постоянно открываем новые и новые экзопланеты вокруг далеких звезд. Нас радует, что многие из них похожи на нашу Землю. Тем не менее, легко забыть то, что первые обнаруженные экзопланеты вовсе не были похожи на нашу родную планету. Первые экзопланеты обнаруживались на орбитах пульсаров – звезд, которые давно умерли.

Пульсары представляют собой крошечные трупы некогда могучих звезд. Это разновидность быстро вращающейся нейтронной звезды, плотного шарика из странной материи, богатой нейтронами, которая образуется на месте взрыва крупной сверхновой звезды. На первый взгляд они кажутся не самым удачным местом для поиска планет. По правде говоря, сверхновые у нас находятся в списке самых странных объектов во Вселенной – это события, близкие к апокалипсису, легко испаряющие планеты на орбитах, которым не посчастливилось вращаться вокруг взорвавшейся звезды.

Импульсы, видимые с Земли, настолько регулярны, что по ним можно сверять часы. Другая хорошая сторона – любые изменения в синхронизации импульсов легко обнаружить. Если пульсар несет планету на буксире, крошечном гравитационном буксире, заменяющем собой орбиту, ненадолго, но эффективно.

PSR 1257+12, между прочим, это миллисекундный пульсар. Он вращается так быстро, что крошечные изменения достаточно легко заметить. Благодаря этому, стало известно, что вокруг него находится три планеты. Две из них – суперземли, одна – чуть больше земной Луны. Она была самой мелкой из известных экзопланет до недавнего времени.

Между тем, возле другого пульсара есть планета, известная как PSR B1620-26 b. Это настоящий гигант, в два с половиной раза более массивная Юпитера, что, в принципе, неудивительно. PSR B1620-26 b это старейшая планета из известных нам. Ей около 12,7 миллиарда лет, и наверное, она стара, как сама Вселенная. Ее называют Мафусаилом, что наводит на определенные мысли.

Миры, подобные этим, однозначно «чужие» нам, поскольку существенно отличаются от всего, что мы знаем. Сложно даже догадаться, какие они будут крупным планом. Если на них есть атмосфера, она может быть полна ослепительных полярных сияний. Молекулы в атмосферах таких планет будут постоянно разрываться на части, купаясь в потоках заряженных частиц от пульсаров, возле которых они кружатся. С другой стороны, если у планеты нет атмосферы, ее поверхность будет «вылизана» рентгеновскими лучами и абсолютно мертва.

Что касается Мафусаила, сложно сказать наверняка, что произойдет с газовым гигантом спустя 12 миллиардов лет. Планеты-гиганты в нашей собственной Солнечной системе до сих пор остывают. Юпитер, как известно, излучает больше энергии в инфракрасном спектре, чем получает от Солнца. Этот процесс называется нагреванием Кельвина-Гельмгольца и обозначает, что Юпитер убывает примерно на два сантиметра в год. На протяжении своей жизни вы вряд ли обратите на это внимание. Но Мафусаил старше Юпитера на 8 миллиардов лет.

Что характерно, есть и другая, еще более странная планета возле пульсара. PSR J1719-1438 b открыли в 2011 году. Полагается, что она состоит практически полностью из углерода, кристаллизованного в алмаз. Технически это белая карликовая звезда крайне небольшой массы, по большей части украденной у ближайшего пульсара. Остаток массы не превышает юпитерианскую, тем самым делая объект больше планетой, чем звездой.

Такая вот необычная история сделала из PSR J1719-1438 b планету. Это самая плотная планета из всех, когда-либо обнаруженных, давление под ее поверхностью превращает углерод в алмаз. Звучит красиво, но для будущих экскурсантов гравитации на планете будет достаточно, чтобы моментально сплющить любого из них. Если, конечно, они выживут после облучения пульсаром.

Вы, наверное, уже несколько раз задали себе интересный вопрос: возможна ли жизнь возле пульсара? Честно говоря, маловероятно.

Никто не любит слово «невозможно», но условия возле пульсара настолько враждебны, что набор молекул, которые мы называем «жизнь», моментально потеряет свой смысл. Даже если бы на таких планетах существовала жизнь, она пряталась бы глубоко под поверхностью своего обиталища, и вероятно разительно отличалась бы от того, что мы привыкли видеть. Может, с нашей точки зрения это и вовсе не жизнь.

За последние несколько лет было обнаружено не так много планет около пульсаров, а некоторые прошлые наблюдения были оспорены. Однако шансы найти еще достаточно высоки, поскольку не так много людей занимаются подобными поисками. Большинство исследователей заняты поиском экзопланет. Благодаря недавно почившему «Кеплеру», у нас накопилось достаточно данных для анализа.

Однако имеются свидетельства, что старые звезды могут пройти через второй путь формирования планет. Один из пульсаров 4U 0142+61 был замечен в формировании планетарного диска вокруг себя. Учитывая все вышесказанное, стоит полагать, что в нашей галактике может быть куда больше странных планет, чем в нашей собственной Солнечной системе.

Учёные из Колумбийского университета (США) предложили объяснение загадочному и ранее необъяснённому механизму формирования планет в системах нейтронных звёзд. Исходя из их модели, все ранее открытые планеты в таких системах в основном состоят из алмазов.

Эра открытия экзопланет четверть века назад началась с пульсарных планет – тел, вращающихся вокруг пульсаров (нейтронных звёзд с магнитным полем, наклоненным относительно оси её вращения). Возникновение около пульсаров тел типа нашей Земли долго казалось астрономам весьма странным. Дело в том, что нейтронные звезды возникают после взрывов сверхновых. Такое мощное событие должно уничтожить все ранее имевшиеся у звезды планеты или отбросить их на огромное расстояние, так, что земные астрономы их бы просто не заметили. Как же так получается, что уже открыты целые планетные системы у нейтронных звезд?

Исследователи из Колумбийского университета попытались ответить на этот вопрос с помощью совершенно неожиданного сценария. Они смоделировали процессы долговременного взаимодействия нейтронной звезды и белого карлика. Белыми карликами становятся звёзды типа Солнца в конце жизненного пути. Им не хватает массы, чтобы вспыхнуть как сверхновая и образовать нейтронную звезду.

Сегодня считается, что большинство звёзд Вселенной должны существовать в двойных, тройных или даже ещё больших по числу звёзд системах. Таким образом, в природе существует значительная вероятность случайного образования пары нейтронная звезда – белый карлик. Изначально они были парой состоящей из звезды типа Солнца и более массивной бело-голубой звезды.

Как показало моделирование, примерно в одном проценте случаев гравитация нейтронной звезды постепенно разрушит белый карлик мощными приливными силами. С учётом распространённости нейтронных звезд и белых карликов даже одного процента достаточно, чтобы планеты у пульсаров были довольно многочисленны в нашей Галактике.

Нейтронная звезда очень плотна – при массе, сопоставимой с Солнцем, она имеет диаметр не 1,4 миллиона километров, а лишь 20-25 километров, а следовательно, и гравитация у такого тела чрезвычайно сильна. Поскольку ближний к ней край белого карлика будет подвергаться большему гравитационному воздействию, чем его дальний "рубеж", в ряде случаев нейтронный компаньон разрушит карлик, буквально разорвав его на части.

В этом случае вокруг нейтронной звезды образуется диск из вещества уничтоженного ею белого карлика. Поскольку последний – своего рода "труп" нормальной звезды, всё топливо для термоядерных реакций в нем давно выгорело. Поэтому там нет водорода и лёгких элементов. В составе карлика доминирует углерод и кислород, "отходы" былых ядерных реакций в недрах звезды.

В диске из его вещества, как показало моделирование, возможно образование довольно крупных планет. В силу отсутствия лёгких элементов они не будут газовыми гигантами. Но и на нашу Землю такие тела непохожи. Там нет воды, мало железа и силикатов. Зато под тонкой планетарной корой будет находиться углерод. Из-за огромного давления внешних слоев он там примет форму алмаза или лонсдейлита.

Поскольку других элементов в составе таких планет почти не будет, общий вес алмазов в их составе авторы работы оценивают довольно высоко – до 100 октиллионов карат (единица с 29 нулями). Атмосфера такой "алмазной планеты", покрытой графитовой корой, скорее всего, будет не слишком толстой. Она будет состоять из угарного газа (СО) и кислорода, "выбиваемого" из молекул угарного газа ионизирующим излучением из окрестностей нейтронной звезды.

Следует подчеркнуть, что ионизирующее излучение там будет чрезвычайно сильным. Значительная часть космических лучей, достигающих поверхности Земли, пришла к нам именно из окрестностей далёких нейтронных звезд, чьи магнитные поля могут играть роль ускорителя частиц – причём куда более мощного, чем Большой адронный коллайдер. Радиация на планете у нейтронной звезды-пульсара будет такова, что не только люди, но и имеющаяся у них электроника не выдержали бы местных условий даже на протяжении короткого времени.

Казалось бы, такие экзотические небесные тела, как пульсары, никак не подходят на роль звезд, вокруг которых могут вращаться планеты. Тем не менее, на сегодняшний день известно уже о нескольких планетах, «родными» звездами для которых являются именно пульсары. И, как полагают ученые, более пристальное внимание к ним позволит разработать методики обнаружения планет, обращающихся вокруг энергетически мертвых звезд.

Как известно, пульсары представляют собой сверхплотные нейтронные звезды, которые остаются после взрывов сверхновых. В результате взрыва звезды создается столь высокое давление, которое сталкивает протоны с электронами, формируя нейтроны. Вещество, из которого состоят нейтронные звезды, является самым плотным из известных науке: масса кубика звездного вещества размером с кусочек сахара-рафинада достигает сотен миллионов тонн. Таким образом, масса пульсара по диаметру не превышающего в поперечнике Москву с легкостью перекрывает массу Солнца, диаметр которого равен 1,392 млн км.

Исследователи из Парижской обсерватории обнаружили, что пульсарные планеты при движении могут взаимодействовать со звёздным ветром электрически заряженных частиц родительских пульсаров, оставляя за собой на орбите мощные электрические токи. Эти токи способны генерировать радиоволны, что может помочь учёным определить присутствие планет возле пульсара.

Также ученые считают, что известные планеты, обращающиеся вокруг пульсаров, родились уже после взрыва сверхновой, указывая на то, что в противном случае планеты двигались бы по эллиптическим орбитам, а не по круговым.

Пульсары традиционно считаются не самыми лучшими кандидатами на роль «хозяев» потенциально обитаемых планет. Дело в том, что пульсар – это оставшаяся после взрыва сверхновой вращающаяся нейтронная звезда, которая обладает сильным магнитным полем и испускает узконаправленные потоки излучения в области магнитных полюсов. При этом основная часть излучения приходится на рентгеновский диапазон, который губителен для известных нам организмов.

Однако нидерландские астрономы Алессандро Патруно и Михкель Кама из Лейденского университета пришли к выводу, что чисто гипотетически у пульсаров могут существовать пригодные для жизни планеты. В своей работе исследователи уточнили, как возникли три экзопланеты рядом с пульсаром PSR B1257+12, и на основе этих данных предположили, где должна находиться зона обитаемости вращающихся нейтронных звезд.

Исследователи искали обломочный диск, гипотезу о наличии которого выдвинула другая группа астрономов еще более 10 лет назад. Он должен помочь объяснить механизм образования экзопланет у пульсара PSR B1257+12, находящегося в 2,3 тысячи световых лет от Земли. Исследователи искали следы диска в данных космической рентгеновской обсерватории «Чандра» и действительно их нашли. Они обнаружили неравномерность распределения энергии фотонов, идущих от источника, в диапазоне 0,3-8,0 килоэлектронвольт, что указало на присутствие поглощающего материала.

Существует три сценария образования экзопланет вокруг пульсаров. Согласно первому, они рождаются в аккреционном диске молодой звезды. Второй сценарий предполагает возникновение небесных тел из материала, оставшегося поле взрыва сверхновой, а третий – из вещества звезды-компаньона – «соседки» нейтронной звезды (если система была двойной).

Однако первый вариант маловероятен, так как взрыв сверхновой, скорее всего, выбросил бы «нормальные» экзопланеты со своих орбит. Другие сценарии отделить друг от друга непросто – тем не менее, пульсар PSR B1257+12 относится к классу миллисекундных, а они приобретают высокую скорость вращения как раз за счет поглощения своих компаньонов.

Если пульсарные планеты образуются согласно второму или третьему сценарию, то их газовые оболочки будут богаты тяжелыми элементами (в астрономии это все, что тяжелее гелия), так как именно взрывы сверхновых считаются их главным источником. Водород легко уносится в космос, поэтому в атмосфере должны остаться более тяжелые газы. Благодаря этому небесные тела могут быть устойчивы к рентгеновскому излучению пульсаров, которое действует на атмосферу крайне разрушительно.

Однако газовые оболочки небесных тел должны быть очень плотными. На объектах в несколько раз тяжелее Земли атмосфера должна быть в сотни тысяч или даже миллионы раз массивнее земной. При этом и самой планете необходимо быть достаточно массивной, чтобы удержать такую газовую оболочку. Ученые предполагают, что для системы пульсара PSR B1257+12 такой сценарий вполне реален: две планеты из трех являются суперземлями с массой 3,9 и 4,3 земных.

В то же время, потеря атмосферы все равно неизбежна, вопрос лишь в том, как скоро это случится. Патруно и Кама построили модель взаимодействия газовых оболочек суперземель с пульсарным излучением. Они рассмотрели сценарий, в котором у планет нет глобального магнитного поля. Выяснилось, что объект, по своим характеристикам похожий на Землю, потеряет атмосферу относительно быстро – за период от одного до десяти миллионов лет.

Для суперземель прогноз оказался несколько лучше: если атмосфера такого объекта будет достаточно толстой (30 процентов массы планеты), то она сохранится и через миллиард лет. С магнитным полем этот процесс замедлится, правда, неизвестно насколько. Обитаемая зона пульсаров (область, допускающая существование жидкой воды на поверхности) при этом может варьироваться от менее 0,01 до 10 астрономических единиц в зависимости от светимости пульсара.

Однако имеются и другие ограничения: например, поверхность планет может быть недостаточно теплой. Рентгеновское излучение, которое будет разогревать небесные тела, согласно расчетам, должно поглощаться в 50–70 километрах от поверхности. Кроме того, со временем поток энергии от пульсара станет уменьшаться, поэтому планеты будут остывать.

Таким образом, несмотря на то, что пульсарные планеты, по мнению Патруно и Камы, могут быть пригодны для жизни, эта гипотеза требует тщательного рассмотрения. Из-за толщины атмосферы поверхность небесных тел будет довольно темной, а давление у нее – очень высоким. Кроме того, неизвестно, какие температуры будут господствовать в нижних слоях газовой оболочки планет, поэтому сегодня пульсарные планеты все-таки трудно назвать лучшими кандидатами для поиска жизни.