Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Наконец, есть еще одна проблема: планеты рядом с PSR B1257+12 обращаются в одной плоскости, что указывает на относительно спокойное существование с момента рождения в протопланетном диске. Общая орбитальная плоскость также исключает возможность повторного захвата. Еще один сценарий предполагает сближение между пульсаром и другой звездой, в ходе которого планеты могли поменять своего звездного родителя, перейдя на орбиты вокруг пульсара после его опасной смерти. Если бы три планеты рядом с PSR B1257+12 были смещены со своих исходных орбит вокруг одной звезды и стали обращаться вокруг другой, их траектории движения вокруг пульсара должны были рассинхронизироваться и исказиться случайным образом. Однако это не подтверждается результатами наблюдения. Нам нужен какой-то другой сценарий формирования, предполагающий менее бурную эволюцию, чем взрыв с последующим повторным захватом.

Если планеты рядом с пульсаром движутся по орбитам в плоскости аккуратной дискообразной формы, то, возможно, после превращения звезды в пульсар рядом с ней сформировался новый протопланетный диск. И как раз в нем-то впоследствии и был запущен запоздалый цикл планетообразования. Гипотеза о втором протопланетном диске была названа сценарием мемнонид — в честь мифических птиц-мемнонид, которые вылетели из погребального костра на могиле павшего воина Мемнона.

Идея о новом диске согласуется с результатами наблюдения за системой PSR B1257+12, но оставляет открытым вопрос о происхождении вещества этого диска. Первоначальный протопланетный диск к тому времени уже точно рассеялся, так что без свежей порции пыли вряд ли бы рядом с пульсаром образовались новые планеты.

Одним из источников вещества для нового диска могли стать внешние слои красного гиганта, сброшенные им во время взрыва сверхновой. Если это вещество не сможет вырваться из плена гравитационного притяжения, создаваемого оставшимся трупом звезды, оно замедлится и окружит новоиспеченный пульсар. А если допустить, что скорость его вращения будет достаточно высокой, чтобы предотвратить выпадение на пульсар, то из него сформируется диск. Вопрос о том, насколько большая доля внешних слоев красного гиганта может быть использована повторно в планетообразующем диске, также остается открытым. Но если первоначальная звезда была достаточно велика, то оставшегося рядом с пульсаром вещества должно было бы хватить для формирования небольших планет, обращающихся вокруг PSR B1257+12.

Гораздо труднее объяснить отсутствие каких-либо признаков звезды-компаньона рядом с миллисекундным пульсаром PSR B1257+12. Если своим раскручиванием до скоростей, измеряемых в долях секунды, пульсар обязан взаимодействию с внешними слоями звездного спутника, то от второй звезды должен остаться след в виде белого карлика. Где он и имеет ли он какое-либо отношение к планетам?

В случае с PSR B1257+12 наиболее перспективной кажется идея, в соответствии с которой отсутствующая звезда-компаньон как раз и была определяющим фактором в процессе формирования планет. Согласно этому зловещему сценарию, звезда-компаньон была разорвана на кусочки пульсаром и тем самым обеспечила строительный материал для формирования нового протопланетного диска.

Один из возможных способов уничтожения соседа — взрыв сверхновой. При асимметричном взрыве формирующийся пульсар может угодить прямо в своего компаньона. В результате такого столкновения последний будет разорван на части, из которых вокруг пульсара образуется протопланетный диск. Звезды сталкиваются исключительно редко, но и планеты в окрестностях пульсаров, судя по всему, встречаются не часто.

В еще одном из возможных сценариев пульсар расплавляет и разрезает своего компаньона как паяльной горелкой. Названные черными вдовами в честь паучих, пожирающих самцов-партнеров, эти мертвые звезды-каннибалы обращаются на таком маленьком расстоянии от своего соседа, что под действием их излучения вторая звезда испаряется, а из ее остатков образуется диск. Как раз сейчас один такой звездоубийца, пульсар PSR J1311–3430, делает свое черное дело[18].

В 2012 г. была открыта тусклая звезда, цвет которой менялся в диапазоне от ярко-синего до тускло-красного. В том месте, где она находилась, также наблюдался источник высокоэнергетического гамма-излучения, сопровождавшегося прерывистым радиоволновым излучением.

Высокая интенсивность излучения наводила на мысль, что ключом к разгадке тайны является пульсар. Главная трудность заключалась в том, чтобы выделить в гамма-излучении характерную маякоподобную пульсацию. Из-за высокой энергии такого излучения пульсары испускают намного меньше гамма-лучей, чем радиоволн, поэтому зафиксировать быструю вспышку не так-то просто. Однако исследователям NASA, скрупулезно проанализировавшим данные, полученные с помощью космического гамма-телескопа «Ферми» за четыре года, это все-таки удалось: меняющая цвет звезда действительно вращается вокруг пульсара — первого, выявленного исключительно по вспышкам гамма-излучения.

PSR J1311–3430 — 2,5-миллисекундный пульсар, совершающий 390 оборотов в секунду. Расстояние между пульсаром и его компаньоном невероятно мало — всего на 40% больше расстояния между Землей и Луной. Вследствие этого период обращения составляет 93 минуты — меньше, чем в среднем тратит на дорогу от дома до работы и обратно средний британец. Как раз этой близостью к мерцающему маяку пульсара и объясняется изменение цвета звезды-компаньона.

Та сторона звезды-компаньона, которой она повернута к своему мертвому соседу, находится под постоянным натиском излучения пульсара. В результате этой бомбардировки температура на ней достигает 12 000 °C — вдвое больше, чем на поверхности Солнца, а сама она имеет ярко-синий цвет. Цвет дальней стороны звезды — более прохладный красный, соответствующий куда меньшей температуре 2700 °C. При вращении вокруг компактного пульсара звезда поворачивается к Земле то красной, то синей стороной.

Тусклость звезды также объясняется влиянием пульсара. Она имеет крошечный размер, а ее масса составляет каких-то 12 масс Юпитера. Раз скорость вращения пульсара измеряется в миллисекундах, в прошлом звезда-компаньон должна был отдать ему свои внешние слои, тем самым раскрутив его. Вероятно, после этого у нее осталось гелиевое ядро, которое, скорее всего, было слишком легким, чтобы обеспечить сжатие до белого карлика. В последующем, непрерывно подвергаясь воздействию излучения пульсара, звезда съежилась до космического объекта размером почти с планету. Остатки распадающегося тела звезды следуют за ней, образуя своего рода барьер вокруг пульсара. Поэтому испускаемые пульсаром радиоволны рассеиваются или поглощаются этими фрагментами искромсанной звезды, тогда как высокоэнергетическое гамма-излучение прорывается через них и добирается до Земли. Когда от звезды ничего не останется, улетучившийся из нее материал может конденсироваться, образовав диск вокруг пульсара. Таким образом, мы получим одинокий миллисекундный пульсар и первичный диск для формирования нового поколения планет.