Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Статья увидела свет накануне зимней сессии Американского астрономического общества — одного из главных событий в календаре астрономического сообщества. В тот год сессия должна была пройти в Атланте в США. В программу были включены доклады обеих групп исследователей, открывших планеты у пульсаров. Выступать они должны были друг за другом. Планировалось, что сначала Лин расскажет об открытии первой экзопланеты, затем Вольщан выступит с отчетом о своей паре планет. Но рассказ Лина оказался совсем не таким, как ожидалось. Стоя перед профессиональной аудиторией, исследователь был вынужден признаться, что он и его коллеги допустили ошибку в расчетах: никакой планеты у PSR B1829–10 не было. Первым сигналом о том, что такой исход возможен, был заявленный шестимесячный период обращения планеты. Столь точное совпадение с частью цикла вращения Земли вокруг Солнца уже указывало на возможную неточность в определении координат пульсара, а значит, на изменение положения наблюдаемого пульсара из-за собственного движения Земли. Несмотря на все усилия исследователей, эта ошибка ускользнула от их внимания. После ее исправления оказалось, что периодические «вспышки» пульсара следовали точно по графику, что исключало какое-либо воздействие со стороны невидимого компаньона. «Нашему смущению нет границ, — заключил Лин. — Нам действительно очень жаль».

Лин обнаружил ошибку за несколько дней до начала сессии, но все же решил выступить и сообщить о промахе. Его признание шокировало участников сессии, но вскоре недоумение сменилось уважением к честности и смелости Лина, нашедшего в себе силы публично признать ошибку. Зал приветствовал его бурными аплодисментами. Это была демонстрация того, что такое настоящая наука: нащупывание идей, их уточнение и непрерывная корректировка в соответствии с новыми данными.

Выступать после Лина Вольщану было вдвойне труднее. Сама по себе мысль о том, что вокруг возродившейся звезды вроде пульсара могут обращаться планеты, уже казалась малоправдоподобной. А тут еще и выясняется, что первый случай обнаружения такой системы, оказался ошибкой. Однако благодаря точным измерениям местоположения миллисекундного пульсара, проведенным Фрейлом с помощью VLA, двое исследователей находились в более безопасном положении. Планеты рядом с миллисекундным пульсаром PSR B1257+12 действительно существовали.

Открытие выдержало проверку временем. Через полгода независимой группе исследователей удалось наблюдать PSR B1257+12 с помощью 43-метрового радиотелескопа в Грин-Бэнк. В частности, был подтвержден осциллирующий характер излучаемого миллисекундным пульсаром сигнала. Появилось еще одно свидетельство того, что вывод о существовании пары планет не был следствием ошибки наблюдения.

В течение следующих двух лет Вольщан продолжал наблюдать за планетами в поисках каких-либо новых подробностей, на которые могло указывать время прихода сигналов пульсара. В 1994 г. он наконец обнаружил то, что искал. Оказалось, что рядом с пульсаром находился еще один объект — меньшего размера и ближе, чем ранее обнаруженные планеты. Излучаемый им слабый отрывистый сигнал был трудноразличим, а потому все это время оставался незамеченным.

Новость была встречена с изрядной долей скептицизма. Как в истории с первой экзопланетой, обнаруженной рядом с пульсаром, орбитальный период третьей экзопланеты совпадал с периодом одного из объектов Солнечной системы, а именно с периодом вращения Солнца. Находящийся на самом краю Солнечной системы американский зонд «Пионер-10» зафиксировал изменение скорости солнечного ветра — потока заряженных частиц, испускаемых внешними слоями Солнца. Эти колебания совпадали с вращением Солнца и орбитой предполагаемой третьей внесолнечной планеты. Проблема заключалась в том, что солнечный ветер рассеивал сигнал пульсара на пути к Земле таким образом, что величина его затухания менялась, тем самым вызывая колебания, которые выглядели так, как будто они были обусловлены воздействием экзопланеты.

Способность солнечного ветра рассеивать сигнал пульсара определяется частотой испускаемых радиоволн. Понимая это, Вольщан провел измерение испускаемого пульсаром излучения на разных радиочастотах, чтобы выяснить, меняется ли сила сигнала. Исходящий от третьей планеты слабый шум никуда не пропал: она действительно была там.

Новая экзопланета была всего лишь в два раза больше Луны, а период ее обращения составлял 25,4 суток. Сам факт того, что такая маленькая планета могла быть обнаружена на расстоянии более 2000 световых лет от Земли, свидетельствовал о невероятной точности интервалов между сигналами миллисекундного пульсара, позволяющей выявлять даже самые незначительные отклонения. В целом уровень чувствительности этого метода настолько высок, что позволяет обнаруживать планеты с массой крупного астероида. Со времени сделанных Вольщаном открытий прошло 20 лет, но этот мир размером с две Луны остается самой маленькой планетой за всю историю наблюдений.

Итак, факт существования планет вокруг пульсара подтвердился, что само по себе было прекрасно. Но был один важный вопрос, ответ на который так никто и не дал: откуда у звезды, которая давно мертва, планетная система?

Самое очевидное объяснение происхождения планет вокруг пульсара связано с предположением о том, что такие планетные системы сформировались так же, как наша, в начальный период жизни звезды. Правда, тогда придется доказать, что планетная система способна пережить превращение звезды в пульсар.

Согласно сценарию саламандры, предложенному учеными из Калифорнийского технологического института Е. Стерлом Финни и Брэдом Хансеном и названному ими так в честь мифической огнелюбивой ящерицы, сначала обращающимся по коротким орбитам планетам придется пережить контакт с внешними слоями звезды, которые окутают их в процессе стремительного расширения светила до красного гиганта. Вряд ли нахождение внутри звезды может пойти на пользу планетам. Опасность в том, что миры могут просто испариться или нырнуть в более глубокие и горячие области звезды при столкновении с расширяющимся газом. Предел расширения раздувшейся атмосферы красного гиганта зависит от массы звезды. Например, когда наше Солнце вступит в фазу красного гиганта, его внешние слои, скорее всего, доберутся до Земли, находящейся на расстоянии 1 а.е. от него. Предшественник пульсара PSR B1257+12 должен был быть куда массивнее Солнца, а значит, обращавшиеся вокруг него три планеты совершенно точно должны были оказаться в его огненном чреве.

Проблема усугубляется, когда звезда взрывается как сверхновая. При этом она теряет вещество, сохраняя лишь небольшую часть своей первоначальной массы. С потерей массы сила гравитационного притяжения звезды существенно уменьшается — ее уже недостаточно, чтобы удерживать такой небольшой объект, как планета. Поэтому, скорее всего, звезда лишится своих планет. Избежать этого можно в том случае, если взрыв сверхновой будет асимметричным, в результате чего оставшаяся после взрыва нейтронная звезда будет выброшена к планетам таким образом, что ей удастся снова захватить их в свои гравитационные силки. Откровенно говоря, такой сценарий кажется исключительно маловероятным, особенно если учесть, что захватывать придется три планеты.