Белые карлики — это остатки некогда ярких звезд главной последовательности, таких как наше Солнце. Они чрезвычайно плотные и больше не осуществляют никаких реакций синтеза. Свет, который они излучают, исходит только от остаточного тепла.
Астрономы сомневались, что белые карлики могут быть носителями пригодных для жизни планет, отчасти из-за бурного пути, который они проходят, чтобы стать белыми карликами, но новые исследования свидетельствуют об обратном.
Белые карлики настолько малы, что их обитаемые зоны будут столь же малы. Их обитаемые зоны могут находиться в диапазоне от 0,0005 до 0,02 а.е. от звезды. На этом расстоянии любые планеты будут приливно заблокированы. Одна сторона планеты может страдать от неконтролируемого парникового эффекта, в то время как другая может быть холодной. Другая проблема касается существования самих планет-белых карликов. Есть указания на то, что они существуют, но их население не определено.
В Млечном Пути насчитывается около 10 миллиардов белых карликов (БК), и новое исследование в The Astrophysical Journal предполагает, что некоторые из них могут содержать пригодные для жизни планеты. Исследование называется « Повышенные температуры поверхности обитаемых белых карликовых миров относительно экзопланет главной последовательности ». Ведущий автор — Аомава Шилдс, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвайне.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что звездная среда белого карлика, которая когда-то считалась негостеприимной для жизни, может открыть новые возможности для исследователей экзопланет и астробиологии».
Аомава Шилдс, ведущий автор, Калифорнийский университет в Ирвайне
«Открытия кандидатов в гигантские планеты, вращающиеся вокруг звезд класса белых карликов (WD), и продемонстрированные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба делают возможность обнаружения каменистых планет в обитаемых зонах (ОЗ) WD актуальным фокусом», — пишут авторы. Если мы действительно найдем больше планет класса WD с помощью JWST или других телескопов, насколько вероятно, что они обитаемы?
Это исследование было направлено на то, чтобы выяснить это, смоделировав две похожие на Землю аквапланеты (океанические миры), вращающиеся вокруг двух разных звезд. Они обе приливно заблокированы, следуют круговым орбитам и имеют массу, состав атмосферы и поверхностное давление Земли. Одна находится в HZ звезды главной последовательности под названием Kepler-62 , а другая — в HZ гипотетического WD. Астрономы уже открыли большие планеты вокруг WD, поэтому эта симуляция основана на реальных ситуациях.
«Хотя белые карлики все еще могут выделять некоторое количество тепла из-за остаточной ядерной активности во внешних слоях, в их ядрах больше не происходит ядерного синтеза. По этой причине не так много внимания уделялось способности этих звезд содержать пригодные для жизни экзопланеты», — сказал ведущий автор Шилдс в пресс-релизе . «Наши компьютерные симуляции показывают, что если на их орбитах существуют каменистые планеты, то на их поверхности может быть больше пригодной для жизни недвижимости, чем считалось ранее».
Шилдс и ее коллеги-исследователи использовали 3D-модель климата для моделирования планет вокруг звезд. Обе планеты приливно-отливные со своими звездами. Хотя обе звезды имеют схожие эффективные температуры, результаты показывают, что климат планет значительно различается. HZ вокруг белого карлика находится гораздо ближе, что означает, что его планета находится ближе. Эта близость означает, что у планеты была более высокая температура поверхности и гораздо более быстрый период вращения, что имеет решающее значение для результатов.
«Глобальная средняя температура поверхности синхронно вращающейся планеты WD на 25 К выше, чем у синхронно вращающейся планеты, вращающейся вокруг K62, из-за ее гораздо более быстрого (10 часов) вращения и орбитального периода», — объясняют авторы в своей статье.
У моделируемой планеты, вращающейся вокруг K62, был гораздо более длительный орбитальный период, что позволило большой массе облаков водяного пара накопиться на дневной стороне. Эти облака охладили большую часть поверхности планеты, вычтя пригодную для жизни площадь поверхности. «Планета, вращающаяся вокруг Kepler-62, имеет так много облачного покрова, что она охлаждается слишком сильно, жертвуя при этом драгоценной пригодной для жизни площадью поверхности», — сказал Шилдс.
«С другой стороны, планета, вращающаяся вокруг белого карлика, вращается так быстро, что у нее не хватает времени, чтобы сформировать достаточное количество облаков на дневной стороне, поэтому она сохраняет больше тепла, и это работает ей на пользу», — сказал Шилдс.
Более быстрое вращение планеты WD более эффективно циркулировало в атмосфере, избегая неконтролируемого парникового эффекта. «Это сверхбыстрое вращение генерирует сильные зональные ветры и меридиональный поток зонального импульса, растягивая и гомогенизируя масштаб атмосферной циркуляции и предотвращая эквивалентное накопление толстых облаков жидкой воды на дневной стороне планеты по сравнению с синхронной планетой, вращающейся вокруг K62», — говорится в статье. Авторы также объясняют, что это переносит тепло с более высоких широт к экватору и что эта закономерность наблюдается в других симуляциях короткопериодических планет.
«Мы ожидаем, что синхронное вращение экзопланеты в обитаемой зоне обычной звезды, такой как Kepler-62, создаст больше облачного покрова на дневной стороне планеты, отражая приходящее излучение от поверхности планеты», — сказал Шилдс. «Обычно это хорошо для планет, вращающихся вблизи внутреннего края обитаемых зон своих звезд, где они могли бы немного остыть, а не потерять свои океаны в космосе в неконтролируемой теплице. Но для планеты, вращающейся прямо в середине обитаемой зоны, это не такая уж хорошая идея».
Меньшее количество облаков на дневной стороне планет WD в сочетании с более сильным парниковым эффектом на ночной стороне создаст более теплые, более пригодные для жизни условия, чем на планете Kepler-62, несмотря на то, что выход энергии WD медленно снижается с течением времени. Если эти результаты подтвердятся, они могут изменить правила игры в нашем поиске экзопланет в обитаемых зонах.
«Таким образом, белые карлики могут представлять собой благоприятную среду для жизни на планетах, сформировавшихся в их зонах гистерезиса или мигрировавших в них, создавая более теплые поверхностные условия, чем у планет с хозяевами главной последовательности, чтобы компенсировать постоянно сокращающийся падающий звездный поток», — объясняют авторы.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что звездная среда белых карликов, которая когда-то считалась негостеприимной для жизни, может открыть новые горизонты для исследователей экзопланет и астробиологии», — сказал Шилдс.
Неясно, сколько планет вращается вокруг WD. Переход от красного гиганта к WD не является мирным процессом. Когда красные гиганты расширяются, они поглощают и уничтожают близлежащие планеты. Наше Солнце однажды станет красным гигантом, и оно поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, Землю. Может быть, даже Марс.
Эти разрушенные планеты могут образовать диск обломков вокруг белого карлика, из которого может появиться новое поколение планет. Или планеты, находящиеся дальше от красного гиганта, могут выжить и приблизиться к звезде, пока она претерпевает изменения. Для понимания этих возможностей необходимы дополнительные исследования.
«Поскольку вполне вероятно, что многие планеты, вращающиеся вокруг предшественников Белого Дельта, были поглощены во время фазы красного гиганта, планет Белого Дельта в их системах может быть немного, и, возможно, они вращаются поодиночке в однопланетных системах», — пишут авторы.
Наши знания об обитаемости экзопланет неполны. Тем не менее, это критически важный вопрос в понимании Вселенной и один из наших самых больших вопросов: есть ли другая жизнь? Мы не можем ответить на этот большой вопрос без гораздо лучшего понимания обитаемости и условий, в которых она существует. Единственный способ получить эти знания — более мощные наблюдения.
«Поскольку появились мощные возможности наблюдения для оценки атмосфер экзопланет и астробиологии, такие как те, что связаны с космическим телескопом Джеймса Уэбба, мы можем вступить в новую фазу, в которой мы изучаем совершенно новый класс миров вокруг ранее не рассматривавшихся звезд».