Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

К началу 2015 г. было найдено уже с десяток миров, обращающихся вокруг двойных звезд. Учитывая, как трудно находить такие планеты, можно предположить, что при наблюдении было пропущено в 10 раз больше татуиноподобных миров. Двойные закаты, конечно, не относятся к числу самых распространенных явлений, но и большой редкостью их также вряд ли можно назвать. Однако на фоне открытых впоследствии миров, обращающихся вокруг как одиночных звезд, так и двойных систем, даже Татуин кажется чем-то заурядным.

Кеплер-16 b часто называют первым татуиноподобным миром, но на самом деле она не была первой циркумбинарной планетой, найденной нами. Как и в случае с экзопланетами, первые обнаруженные планеты этого типа обращались вокруг мертвых звезд.

Случилось это через год после открытия Вольщаном и Дейлом планет у пульсара, когда в 12 000 световых лет от нас в созвездии Скорпион был найден еще один миллисекундный пульсар. Судя по миллисекундному периоду вращению, рядом должна была присутствовать звезда-компаньон. Чтобы проверить эту догадку, был проведен анализ испускаемых пульсаром маякоподобных вспышек. В результате были обнаружены белый карлик и планета.

Новая планета не имела ничего общего с мирами обычного для суперземель размера, открытыми Вольщаном и Дейлом. Это массивный газовый гигант в два с половиной раза тяжелее Юпитера. Орбита его пролегает не рядом с пульсаром — планета обращается вокруг пульсара и его звездного собрата, белого карлика, на расстоянии 23 а.е., то есть в Солнечной системе она бы находилась где-то между орбитами Урана и Нептуна.

Находка полностью перевернула наше представление о процессе образовании планет у пульсаров. Считалось, что протопланетные диски вокруг пульсаров формируются из разорванной на части звезды-компаньона, но, как со всей очевидностью показывали данные наблюдений, сосед этого пульсара никуда не пропал. Даже если на протопланетный диск ушла лишь часть массы компаньона, как могла столь массивная планета сформироваться на таком большом удалении? К тому же орбита планеты была наклонена относительно орбит двух мертвых звезд, а значит, вряд ли они формировались вместе. Из всего этого следовал вывод: планета была захвачена.

Область, где находились пульсар и белый карлик, не была изолирована от остальной Галактики. Напротив, пара располагалась в древнем скоплении звезд. При коллапсе газового облака рождается далеко не одна звезда — в результате фрагментации плотных областей газа появляется тесная группа звезд, называемая звездным скоплением. Такое скопление может насчитывать от десятков до сотен тысяч новых солнц. Родившись в одном облаке, члены такой звездной семьи имеют один и тот же возраст, хотя из-за разницы в массе у них могут быть разные продолжительности жизни. Со временем скопления обычно рассеиваются, оставляя после себя разделенные большими расстояниями одиночные звезды, двойные системы и небольшие группы звезд. Однако самые старые и крупные звездные скопления содержат миллионы светил и сохраняют свою плотную структуру. Их называют шаровыми звездными скоплениями. Их формирование пришлось на период молодости Галактики. Как раз в одной из таких древних громадин и находится пульсар PSR B1620–26.

Название шарового скопления, к которому относится PSR B1620–26, — Мессье 4. Это одно из тех скоплений, которые легко можно наблюдать с помощью любительского телескопа: Мессье 4 выглядит как размытый шар размером с Луну рядом с яркой звездой Антарес. Масса скопления составляет около 70 000 солнечных масс, размер занимаемой им области в поперечнике — 75 световых лет, а возраст, как считается, — приблизительно 12,8 млрд лет. Если вновь обнаруженная планета рядом с пульсаром изначально сформировалась в окрестностях молодой звезды, она должна иметь приблизительно тот же возраст, что и скопления. То есть это одна из самых старых планет, которые мы наблюдали. Чтобы подчеркнуть ее почтенный возраст, планете дали прозвище «Мафусаил» — в честь предка библейского строителя ковчега Ноя, который, согласно легенде, закончил свою неправдоподобно долгую жизнь в возрасте 969 лет.

Полагают, что существование планеты, обращающейся вокруг пары мертвых звезд, объясняется как раз тем, что эта система находится в густонаселенном звездном скоплении. Вероятно, планета сформировалась в обычном протопланетном диске вокруг молодой звезды. На протяжении своей жизни планетная система перемещалась по усыпанному звездами ядру скопления. Объекты там располагаются настолько близко друг к другу, что взаимодействия между звездными соседями, которые в других обстоятельствах случаются исключительно редко, здесь являются обычным явлением. Находясь в таком окружении, в какой-то момент звезда с планетой оказались рядом с двойной системой, компоненты которой достигли последних стадий в своей эволюции, став пульсаром и белым карликом. В результате взаимодействия этого трио звезда с планетой заняла место белого карлика. В результате обычная звезда стала обращаться вокруг пульсара, а планета была выброшена из системы и стала обращаться вокруг другой звездной пары.

Наконец подошла к концу и эволюция первоначальной материнской звезды, которая превратилась в красный гигант. Ее внешние слои перетекли на пульсар, и звезда-гигант стала белым карликом. Этот процесс не доставил неприятностей юпитероподобной планете, так как звезда была слишком мала, чтобы взорваться в качестве сверхновой. Вместо этого она стала планетой с двумя мертвыми звездами, восходящими и заходящими на его небе. Но, как выяснилось, PSR B1620–26 b не первая планета, родившаяся в результате смерти звезды и обращающаяся вокруг двойной системы. И самой странной ее вряд ли можно было бы назвать.

В части созвездия Змея, именуемой «Голова змеи», на расстоянии 1670 световых лет от нас располагается двойная система, состоящая из живой и мертвой звезд. Это NN Змеи, пара, в которой белый карлик соседствует с обычной красной карликовой звездой. Звезды обращаются одна вокруг другой за 3 часа и 7 минут. Расстояние между ними невероятно маленькое — всего 0,004 а.е. По мнению астрономов, такая близость свидетельствует о том, что когда-то красный карлик жил внутри своего соседа.

Хотя смерть солнцеподобной звезды, сопровождающаяся ее превращением в белый карлик, протекает не столь бурно, как у более массивных собратьев, она может представлять определенную опасность для другого компонента системы. Когда умирающая звезда расширяется, превращаясь в красный гигант, ее внешние слои могут не перелиться на находящегося поблизости компаньона, а окутать его. В результате одна звезда оказывается в теле другой, образуя нечто похожее на гигантское яйцо с двумя желтками. Такую пару называют системой с общей оболочкой. Под воздействием окружающего звездного вещества звезда, оказавшаяся внутри, переходит на все более короткие орбиты. Сокращение орбиты сопровождается выбросом энергии, которая выталкивает окружающие звезду слои, открывая белый карлик в ядре красного гиганта.

Из-за скрывающих их складок красного гиганта наблюдать за звездами в системе с общей оболочкой исключительно трудно. Но предполагается, что двойные системы, состоящие из белого карлика с обращающимся вокруг него на очень короткой орбите компаньоном, когда-то имели общую оболочку. К их числу относится и система NN Змеи, компоненты которой могли быть притянуты друг к другу в тот период, когда белый карлик был раздутым красным гигантом. Быть проглоченным целиком — далеко не самый лучший способ обзавестись планетной системой. Но в очередной раз Вселенной это не помешало.