Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

Если пульсар не находится достаточно близко, чтобы разрезать своего соседа на части, звезда-компаньон в конечном итоге умрет и превратится в белый карлик. Укутанный в собственную полость Роша, белый карлик будет обращаться вокруг пульсара. Однако это безопасное существование не сможет продолжаться вечно. Причина — гравитационные волны.

Сто лет назад Альберт Эйнштейн предсказал существование волновой ряби на ткани пространства. Согласно ему, Вселенную можно представить в виде упругой резиновой пластины, которая продавливается под тяжестью массивных объектов. Гравитация — следствие этого продавливания. Она заставляет более легкие объекты перемещаться к более тяжелым, продавившим пространство на большую глубину. При передвижении объектов пластина деформируется с учетом их нового местоположения, в результате чего возникают колебания, которые расходятся в виде гравитационной волны.

11 февраля 2016 г. было объявлено о первом случае прямой фиксации гравитационных волн. Наверное, это был самый тщательно скрываемый секрет в истории науки. При этом слухи об успешной регистрации ходили с конца 2015 года. Осуществлена она была с помощью детектора LIGO в США, которому удалось обнаружить сигнал, исходящий от слияния двух черных дыр. Слияние черных дыр — самых плотных объектов во Вселенной — вызывает рябь, состоящую из гравитационных волн с самым сильным сигналом, который только можно себе представить. Следующие по силе — вибрации, образующиеся при взаимодействии других звездных остатков.

Непрерывная деформация пространства при движении пульсара и белого карлика по орбитам в двойной системе является постоянным источником гравитационных волн. Питающая эти волны энергия берется из энергии орбитального движения, благодаря чему объекты движутся все ближе друг к другу[19]. При сближении полость Роша менее массивного белого карлика будет сжиматься под воздействием более сильного гравитационного притяжения пульсара до тех пор, пока во второй раз карлик не поделится частью себя с пульсаром.

Хотя белый карлик не сдавливает себя настолько, чтобы превратиться в сгусток нейтронов, как пульсар, из-за невероятно высокой плотности он ведет себя не так, как обычное вещество. При потере массы в результате перетягивания его слоев пульсаром белый карлик не сжимается, а расширяется. Таким образом, все больше и больше вещества мертвой звезды перекочевывает к пульсару, пока, наконец, звезда не разрушается полностью. Из ее остатков может сформироваться диск, который послужит основой для образования нового поколения планет.

У протопланетного диска, сформировавшегося из праха мертвой звезды, есть ряд интересных свойств. Во-первых, такие диски живут недолго. Раздробленный звездный материал подвергается постоянной бомбардировке излучением пульсара и быстро разогревается, что заставляет диск расширяться. Плотность диска падает и в какой-то момент достигает значения, при котором процесс планетообразования становится невозможен. По оценкам, продолжительность жизни таких вторичных дисков составляет около 100 000 лет. (Для сравнения: протопланетные диски, аналогичные тому, что был в Солнечной системе, существуют в течение 10 млн лет.) Столь короткий промежуток времени делает маловероятным формирование газовых гигантов, но не исключает возможность образования близких планет земного типа, что может объяснить существование того трио планет, которые обращаются вокруг PSR B1257+12.

Состав протопланетного диска, образованного из остатков от взрыва сверхновой или поврежденного тела белого карлика, скорее всего, должен быть необычным. Учитывая, что в звезде-предшественнице белого карлика термоядерный синтез практически заканчивается на гелии, такие диски должны быть богаты углеродом. Поэтому формирующиеся в них миры земного типа будут походить на алмазные планеты, о которых шла речь в главе 7.

Следует отметить, что существует еще один очень странный способ формирования единичного алмазного мира вокруг мертвой звезды, который не имеет отношения к трио миров у PSR B1257+12. Он состоит в превращении звезды непосредственно в планету.

В декабре 2009 г. был обнаружен пульсар с периодом 5,7 миллисекунды, что соответствует 175 оборотам в секунду. Чтобы раскрутить пульсар до миллисекундных скоростей, требуется вторая звезда. Поэтому астрономы начали прочесывать небо в поисках такого компаньона. Сначала поиски не дали никаких результатов: казалось, что других тел рядом с пульсаром PSR J1719–1438 просто нет.

Мертвую звезду обнаружил радиотелескоп «Паркс» в Австралии. Его 64-метровая антенна прославилась тем, что именно с ее помощью было принято большинство легендарных трансляций Нила Армстронга с поверхности Луны. Но среди астрономов этот телескоп все-таки знаменит другим — рекордным количеством обнаруженных пульсаров. Одним из них и стал интересующий нас пульсар, который был обнаружен на расстоянии 4000 световых лет в созвездии Змея. Почти два года спустя «Паркс» и 76-метровый телескоп имени Б. Ловелла в британской обсерватории Джодрелл-Бэнк зафиксировали рядом с ним в высшей степени необычный объект.

По незначительному изменению времени прихода импульсов пульсара удалось определить, что он является частью двойной системы с орбитальным периодом 2 часа 10 минут. Однако компаньон пульсара отличался очень маленькой массой, сопоставимой с массой Юпитера. Так что было не совсем понятно, что это был за объект — звезда или планета.

Из-за короткого орбитального периода компаньоны в системе находились совсем близко друг к другу — на расстоянии 600 000 км, то есть чуть меньшем, чем радиус Солнца. Поскольку следов рентгеновского излучения обнаружено не было, речи о перетекании внешних слоев компаньона на пульсар в тот момент идти не могло. Это означало, что размер компаньона должен был быть таким, чтобы он мог уместиться в своей полости Роша. Поэтому, учитывая расстояние до пульсара, он не мог быть более 5 радиусов Земли. Таким образом, соседом пульсара была суперземля с массой Юпитера. Газовый гигант с толстой водородной атмосферой не втиснулся бы в такой маленький радиус, значит, оставался лишь один вариант — очень маленький белый карлик.

Являясь более легкой разновидностью нейтронной звезды, белые карлики обычно имеют массу около двух третей массы Солнца и тело размером с Землю. Чтобы весить столько же, сколько Юпитер, необычный компаньон PSR J1719–1438 должен был отдать пульсару приблизительно 99,8% своей массы. Учитывая своеобразный способ организации вещества внутри белого карлика, мертвая звезда должна была бы расширяться, а ее радиус — увеличиваться. Однако, несмотря на колоссальную потерю массы, звезда избежала полного разрушения.