Когда звезда, подобная нашему Солнцу, исчерпывает топливо, она сбрасывает внешние оболочки и превращается в белого карлика — компактное, сверхплотное ядро размером с Землю, но с массой, близкой к солнечной. Несмотря на тусклый свет и малую энергию, такие звёзды остаются горячими ещё миллиарды лет. Около них, как выяснили астрономы, действительно могут вращаться планеты. Но вопрос, способны ли эти миры поддерживать жизнь, долгое время казался закрытым. Новое исследование из Висконсинского университета в Мадисоне демонстрирует, что законы Эйнштейна — в частности, общая теория относительности — могут изменить это представление.
Белые карлики — это звёздные остатки, вокруг которых обитаемая зона располагается необычайно близко — всего в нескольких миллионах километров. На таких расстояниях планета получает достаточно тепла, чтобы поддерживать жидкую воду на поверхности. Однако при этом на неё действуют сильные приливные силы. Если поблизости находится другая планета-компаньон, её гравитация способна вытягивать орбиту внутреннего мира, делая её овальной. При каждом витке планета слегка растягивается и сжимается, а возникающее трение в недрах выделяет огромное количество тепла. Этот процесс, называемый приливным нагревом, может превратить планету в раскалённый шар, вызывая катастрофический парниковый эффект, при котором испаряются океаны и исчезают шансы на жизнь.
До недавнего времени модели предсказывали, что такие миры обречены. Но исследователи Ева Стафайн и Джульетта Беккер показали, что общая теория относительности добавляет в систему новый фактор стабилизации. Вблизи массивного белого карлика орбита планеты испытывает эффект прецессии — медленного вращения под воздействием искривлённого пространства-времени. Этот релятивистский эффект препятствует чрезмерному росту эксцентриситета орбиты, не позволяя планете чрезмерно сближаться со звездой и перегреваться.
Учёные провели серию компьютерных симуляций, моделируя системы с двумя планетами — внутренней, находящейся в обитаемой зоне, и внешней-компаньоном, создающей гравитационные возмущения. В моделях, где эффект ОТО отсутствовал, орбиты планет становились нестабильными: приливный нагрев рос до критических значений, а условия становились непригодными для жизни. Но при учёте ОТО орбита оставалась устойчивой, а температура поверхности планеты — умеренной. Это позволило бы воде оставаться жидкой, создавая условия для зарождения жизни.
Таким образом, релятивистская коррекция действует как своеобразный «динамический щит», смягчающий хаотическое влияние соседних планет и стабилизирующий климат. Более того, учёные показали, что зона потенциальной обитаемости в присутствии эффектов ОТО может быть значительно шире, чем предполагалось ранее. Это увеличивает количество возможных миров, где жизнь может существовать вокруг белых карликов.
Эти результаты меняют наше понимание астробиологических перспектив. Белые карлики ранее считались «мёртвыми» звёздами, лишёнными шансов на развитие жизни в их окрестностях. Однако теперь выясняется, что при правильной конфигурации планетной системы и учёте общей теории относительности такие миры могут оказаться не только стабильными, но и обитаемыми.
Кроме того, открытие имеет значение для будущих миссий по поиску экзопланет. Космический телескоп имени Джеймса Уэбба уже способен наблюдать белые карлики и искать вокруг них признаки планетных атмосфер. Если орбиты действительно стабилизируются благодаря релятивистским эффектам, эти системы могут стать приоритетными целями для поиска биосигнатур — следов воды, метана или кислорода.
Работа Стафайн и Беккер также подчёркивает, что общая теория относительности продолжает играть важную роль в современном понимании космоса. В то время как теория Эйнштейна традиционно применяется для описания чёрных дыр и галактик, теперь она помогает оценить шансы на жизнь на крошечных планетах. Этот пример демонстрирует, как фундаментальные физические законы, сформулированные более века назад, напрямую влияют на одно из самых глубоких научных вопросов — может ли жизнь существовать за пределами Земли.
В конечном счёте, новая работа показывает, что даже в кажущихся мёртвыми системах природа способна создавать равновесие. Белые карлики — остатки погибших звёзд — могут стать домом для новых форм жизни, а искривление пространства-времени, открытое Эйнштейном, превращается в космический инструмент, поддерживающий её возможность.
