Вселенная – неисчерпаемый кладезь научных открытий. Иногда, открыв новое космическое тело, учёные поражаются тому, как вообще оно может существовать. Астрономам известны звёзды, которые «живут» в тени, планеты, которые мчатся сквозь пространство и время на огромных скоростях, забрасывают свою поверхность каменными дождями или постоянно находятся к своему Светилу одной и той же стороной. Все открытые звёзды и планеты по-своему уникальны и иногда существуют вопреки всем известным людям законам физики.

Звёзды, названные учёными «Странный суп» существуют в миллиардах световых лет от Земли и состоят из материи, которую ранее считали газом. Обладают подобные объекты различными свойствами, к примеру, повышенной электропроводимостью или сами могут являться магнитным полем. Звёзды этого класса ещё называют кварковыми звёздами, которые в науке являются гипотетическими объектами и в настоящее время их существование является недоказанным. Во Вселенной также существуют «Звёздные каннибалы», которые светятся в несколько сотен раз ярче нашего Солнца. Первый подобный объект был открыт в 1977 году прошлого века. С тех пор данные звёзды относятся к сверхгигантам космических далей.

Странными и одновременно очень интересующими науку являются объекты под названием «Обитаемая тьма». Звёзды данного класса расположены в чёрных дырах и на них происходит абсолютно другой, незнакомый земной науке процесс развития. Согласно предположениям космологов там по-другому течёт время, и происходят самые немыслимые процессы. Науке известна «Падающая звезда», которая имеет длинный хвост, сходный со шлейфом комет.

Звезда под названием «Мира» состоит из двух объектов, красного гиганта и белого карлика. Удивительная звезда расположена в созвездии Кита и удалена от Земли на 417 световых лет. Масса Миры составляет 1,2 массы Солнца, а радиус превышает объемы нашего Светила в 300 раз. Длина хвоста звезды, который обнаружили астрономы в 2007 году, составляет 13 световых лет и состоит он из пыли и газа, которые сбрасывает объект. Также удивительной особенностью Миры является и то, что она движется сквозь космическое пространство на скорости 130 км/с и теряет из-за этого ежегодно массу газа, равную весу нашей планеты.

В отличие от раскалённой Миры, звезда WISE 0855-0714 известна земной науке, как «Замороженная звезда». Расположен уникальный по своим характеристикам объект в созвездии Гидры и удалён от нашего Солнца на 7,2 световых года, что не так уж и далеко по галактическим меркам. Примечательно, что науке до конца не известно, к какому же классу относить подобные холодные звёзды. Дело в том, что WISE 0855-0714 зародился, как звезда, а ведёт себя, как планета. На поверхности «Замороженной звезды» температурный режим колеблется от -45 до -13 градусов Цельсия.

Вообще, субкоричневые карлики представляют для науки особый интерес: зачастую даже невозможно с точностью выяснить, что же перед нами: звезда или планета. Такие объекты формируются как звезды, а не как планеты, но при этом они достаточно холодны. WISE 0855-0714 – самая холодная из объектов такого типа. По крайней мере, из тех, которые известны нам сейчас.

WISE 0855–0714 – одна из ближайших к нашей планете звезд, и один из самых холодных объектов подобного типа в космосе. WISE 0855–0714 была открыта в 2014 году американским астрономом Кевином Луманом при помощи инфракрасного телескопа WISE, в честь которого она и была названа. По своему типу она относится к классу субкоричневых карликов – звезд, которые по своему весу находятся ниже предела коричневых карликов. Данная звезда находится в созвездии Гидра и является одиночной звездой.

Расстояние от WISE 0855-0714 до Земли составляет всего 7,27 световых лет. Эта звезда является четвертой по близости звездной системой к нашей планете, после системы Альфа Центавра, Звезды Барнарда и двойной звезды Луман 16. Точный возраст данной звезды неизвестен. Считается, что он находится в пределах от 1 до 10 миллиардов лет.

WISE 0855-0714 обладает наиболее низкой температурой в космосе среди объектов подобного с ним типа. Астрономические исследования показали, что температура WISE 0855-0714 находится в пределах 245 Кельвинов, что равняется примерно -30 градусам Цельсия. Дальнейшие исследования WISE 0855-0714 продолжаются и по сегодняшний день.

WISE 0855–0714 был открыт Кевином Луманом в 2014 году с помощью данных, полученных инфракрасным телескопом WISE. На данный момент, это четвёртая из ближайших к Земле звёздных систем, наряду α Центавра, звездой Барнарда и Луманом 16. Также он является самым холодным объектом подобного типа в межзвёздном пространстве из известных: его температура оценивается между 225 и 260 кельвинов (-48° и -13° Цельсия).

WISE 0855-0714 был обнаружен в марте 2013 года и позже за ним велись наблюдения с помощью космического телескопа Спитцер и телескопа Gemini North обсерватории Джемини. Наименование WISE J085510.83–071442.5 включает в себя координаты местоположения объекта. Основываясь на прямых наблюдениях, удалось вычислить параллакс и, соответственно, расстояние до объекта.

Основываясь на моделях коричневых карликов, астрономы оценили массу WISE 0855-0714 в 3-10 масс Юпитера. Согласно решению МАС, объект массой свыше 12,57 масс Юпитера, способный производить ядерный синтез, относится к классу коричневых карликов. Объекты меньшей массы являются субкоричневыми карликами или даже планетами. В последнем случае WISE 0855–0714 можно было бы причислить к классу планет-сирот.

Основываясь на светимости, массе и расстоянии от объекта до Земли, астрономы определили эффективную температуру WISE 0855-0714 в 225-260 K (ок. -30°C). Первооткрыватели отнесли его к спектральному классу Y. Исходя из неудачной попытки обнаружения WISE 0855-0714 в мае 2014 года 8-метровым телескопом VLT был сделан вывод, что он холоднее 250 K.

Возраст WISE 0855–0714 оценивается в широком диапазоне 1-10 миллиардов лет, что типично для многих звёзд из ближайшего окружения Солнца.

Первоначально параллакс оценили в 454±45 mas, что соответствовало расстоянию 7,175 световых лет от Солнца. Позже значение параллакса было уточнено – 448 ±32 mas (7,27 световых лет). Также было уточнено собственное движение объекта – с 8,1 ±0,1 до 8,072 ±0,026 угловых секунд.

В 2016 году астрономы из Калифорнийского университета в Санта-Крузе с помощью телескопа обсерватории Джемини обнаружили в атмосфере WISE 0855–0714 облака из воды и водяного льда.

Учёные из Эдинбургского университета рассчитали, что в атмосфере WISE 0855-0714 имеется слой толщиной 100 км, где температура сохраняется в пределах от -73°C до -23°C, а плотность воздуха колеблется между 0,4 и 1,2 мг/см³. По их мнению в этом слое может зародиться органическая форма жизни.

Ученые из Эдинбургского университета (Великобритания) допустили, что в атмосферах коричневых карликов – объектов, занимающих промежуточное положение между звездами и планетами, могут обитать живые организмы. Исследование, доступное в библиотеке электронных препринтов arXiv.org, основывается на работе американских ученых Карла Сагана и Эдвина Салпитера, опубликованной 40 лет назад. 

В кубическом метре газовой оболочки Земли содержится, по разным оценкам, от тысячи до миллиона микробов, размеры пятой части из которых в поперечном сечении превышают 0,5 микрометра. Время нахождения этих микроорганизмов в атмосфере не определено, однако известно, что некоторые из них проявляют метаболическую активность, особенно в облаках. Это позволяет предположить, что в плотных атмосферах других планет могут обитать живые организмы. Кроме Земли, в Солнечной системе плотные газовые оболочки есть, например, на Венере: на высоте около 55 километров от ее поверхности температуры сравнимы с земными, и в присутствии воды, вероятно, там могли бы какое-то время обитать микроорганизмы.

В 1976 году Саган и Салпитер попробовали на примере Юпитера описать существ, которые могли бы обитать в атмосферах газовых гигантов. По мнению авторов исследования, в них, за счет конвекции (из-за внутренних источников тепла) и солнечного излучения, могла бы существовать устойчивая экосистема из четырех типов организмов. Сверху бы располагались первичные фотосинтезирующие автотрофы. Ниже – более крупные автотрофы или гетеротрофы, а также хищники. Четвертая группа организмов обитала бы в условиях крайне высоких температур.

Британские ученые пошли дальше американских и предположили, что жизнь может быть в верхних слоях атмосферы коричневых карликов спектрального класса Y – ультрахолодных планетоподобных объектов, массы которых недостаточно для поддержания продолжительного течения термоядерных реакций. Самым удачным кандидатом на обитаемость, по мнению авторов, является WISE J0855-0714. Коричневый карлик расположен на расстоянии 7,2 светового года от Земли в созвездии Гидры, в пять раз крупнее Юпитера, а температура верхних слоев его атмосферы составляет минус 23 градуса Цельсия. Это означает, что в газовой оболочке субзвездного (планетоподобного) объекта существуют облака из жидкой или замороженной воды.

Скорее всего, атмосферы ультрахолодных коричневых карликов сильно запылены. Это означает, что в них присутствуют заряженные аэрозольные частицы, которые могут обеспечить производство соединений, необходимых для жизни. О коричневых карликах спектрального класса Y известно мало, однако данные о более теплых субзвездах классов M, L и T свидетельствуют, что в них есть все химические элементы для производства аммиака, водорода, воды, метана, азота, гидросульфида аммония и сульфида натрия.

Используя модели пищевых цепочек фитопланктонов, британские авторы описали эволюцию микробной экосистемы в атмосфере небесного тела, подобного WISE J0855-0714. Модель, предложенная авторами, позволяет, по их словам, оценить вероятность выживания тех или иных организмов в различных условиях окружающей среды. Входные параметры теории следующие: верхние слои атмосферы коричневого карлика примерно на 85 процентов состоят из водорода и на 15 – из гелия, зона обитаемости расположена в верхнем слое газовой оболочки толщиной около ста километров, температура в нем меняется от минус 23 градусов Цельсия (наверху) до минус 73 (в глубине). Оценки скорости конвективного переноса газовых масс, используемые учеными, – несколько метров в секунду или же практически полное отсутствие ветра.

Представление об организмах, которые бы обитали в WISE J0855-0714, ученые почерпнули из работы Сагана и Салпитера. Типичный обитатель Юпитера или ультрахолодного коричневого карлика моделируется организмом сферической формы, который характеризуется своими радиусом и массой, а также толщиной и плотностью покрова, проницаемого для атмосферных газов. Например, плотность покрова такого микроба оценивалась учеными в 0,5-1,5 грамма на кубический сантиметр, тогда как значение этого же параметра для населяющих Землю бактерий и человека – примерно 1 грамм на кубический сантиметр. Плотность внутри оболочки, для простоты, ученые приняли равной плотности атмосферы снаружи – 0,4-1,2 миллиграмма на кубический сантиметр.

Рост размеров организмов происходит за счет потребления биомассы, а движение – только за счет конвекции. Время жизни ограничено наступлением сроков естественной смерти (половина проживших 30 суток микробов погибает) и доступом к питательным ресурсам. Вне верхнего слоя толщиной сто километров, в пределах которого в зависимости от своей массы распределены организмы, жизни нет.

Начальные условия для распространения жизни в пределах этого слоя следующие: скорость конвективного переноса – десять метров в секунду, начальное население – сто микроорганизмов с общей массой одна миллиардная грамма, распределенных радиально в слое случайным образом. Ученые рассмотрели две тысячи лет эволюции подобной экосистемы. Оказалось, что она становится устойчивой уже через несколько лет, самыми жизнеспособными организмами в этом случае оказались микробы, которые в десять раз крупнее земных (с массой десять в минус двенадцатой степени грамм и диаметром 0,0001 сантиметра).

Ученые пробовали поменять некоторые начальные условия, чтобы оценить их влияние на динамику системы в будущем. Оказалось, что уменьшение скорости конвективных потоков приводит к снижению массы организмов. В случае, когда ветров почти нет, масса существ будет сравнима с таковой для земных вирусов. Так где же искать миры с подобной жизнью?

По оценкам ученых, в Млечном Пути находится несколько миллиардов ультрахолодных карликов, из них около десяти – на расстоянии десяти парсек от Земли. Коричневые карлики могут существовать в устойчивом состоянии до десяти миллиардов лет – этого более чем достаточно, по мнению ученых, для того, чтобы в их пределах развилась примитивная жизнь. С течением времени, по мере охлаждения небесного тела, экосистема будет все больше опускаться в глубь субзвезды, что, как полагают авторы, скажется на эволюции существ.

Несмотря на кажущуюся фантастичность, работа ученых, не лишена смысла. Обнаружение подобных миров, в случае их реальности, потребует высокоточных спектральных методов, которые позволили бы отследить биологические сигнатуры, характерные для живых организмов, прежде всего метан и кислород, и отделить их от процессов неживой природы.

Коричневые карлики занимают промежуточное положение между самыми небольшими звездами и самыми крупными планетами. Ученые допускают, что в их холодных атмосферах может существовать жизнь, и у нас даже есть шансы ее найти – где-то на границе между строгой наукой и полной фантастикой.

Наша голубая, зеленая планета подходит для нас замечательно, но жизнь может не нуждаться ни в лесах и океанах, ни в кислороде, ни даже в твердой поверхности. В кубометре воздуха на высоте 10 км содержатся тысячи бактериальных клеток, и многие из них не просто выживают, но и метаболизируют. Еще в конце 1960-х астрофизик и популяризатор астрономии Карл Саган описал воздушных существ, которые теоретически могли бы обитать в сравнительно спокойных верхних слоях плотной и горячей атмосферы Венеры, а позднее – и возможную жизнь на газовом гиганте вроде Юпитера. Ученый обозначил главные контуры юпитерианских экосистем, начиная с фотосинтезирующих организмов и заканчивая хищниками и даже «экстремофилами», населяющими самые неблагоприятные ниши.

Астроном Джек Йейтс и его коллеги из Эдинбургского университета пошли гораздо дальше, опираясь на знания, которые во времена Сагана были недоступны. Коричневые карлики, субзвездные тела, не набравшие нужную массу и состав, подходящий для поддержания стабильной термоядерной реакции, тогда были известны лишь в теории. Первый такой объект открыли только в 1995 году, а сегодня их известны сотни, распадающиеся на несколько спектральных классов. Класс Y – ультрахолодные коричневые карлики с температурой даже более низкой, чем на Венере и Юпитере, – научились наблюдать только с 2011 года. А в 2013-м в семи световых годах от Земли был обнаружен один из самых холодных представителей этой группы, WISE 0855-0714. По оценке астрономов, он всего в 3-10 раз тяжелее Юпитера, а температура в его атмосфере колеблется около -23°C.

Атмосферы коричневых карликов состоят в основном из водорода и гелия, однако в них регистрируют и немало других веществ, содержащих кислород, азот, углерод и, возможно, фосфор – все, что нужно для синтеза воды, аммиака, углекислого газа и других веществ, способных служить основой для более сложных органических соединений. Толщину подходящей «зоны обитаемости» в атмосфере WISE 0855-0714 Йейтс и его соавторы оценили примерно в 100 км, где температура сохраняется в пределах от -73 до -23°C, а плотность – между 0,4 и 1,2 мг/см³.

Ключевым фактором, который определяет облик этой жизни, оказались восходящие конвективные потоки. От скорости, с которой они поднимаются, поддерживая положение медленно оседающих вниз организмов, от того, как они доставляют вещества и энергию, зависели и размеры, и масса, и численность сферических «организмов» в компьютерной модели Йейтса. Пока что движение атмосфер коричневых карликов изучено недостаточно хорошо, но предполагается, что конвекция проходит у них весьма интенсивно, а значит, способна обеспечить существование довольно крупных существ.

По современным подсчетам, только в Млечном Пути может насчитываться порядка миллиарда коричневых карликов, и если не на WISE 0855-0714, то в атмосфере какого-нибудь другого из них вполне могут парить многочисленные, но мелкие «карликовиане». Как минимум несколько десятков таких объектов должны находиться не слишком далеко от Земли. Они будут доступны для детальных наблюдений с помощью телескопа James Webb, который готовится к запуску на орбиту в 2018 году и сможет рассмотреть их в подходящем инфракрасном диапазоне. Возможно, ученым удастся понять, какие именно вещества в спектре могут указать на подходящую форму биологической активности, – а еще через несколько лет James Webb найдет первого «живого» карлика, изящно завершив историю, начатую еще Саганом.