Планеты, расположенные у белых карликов, до сих пор считались обреченными на перегрев и потому непригодными для жизни. Однако особенности Общей теории относительности Эйнштейна, кажется, позволили поставить этот процесс на паузу.
Звездные остатки, образующиеся в результате гибели солнцеподобных звезд — белые карлики, — лишены источника термоядерной энергии, потому постепенно остывают в течение миллиардов лет. Из-за этого обращающиеся вокруг них планеты считались безжизненными: даже если на их поверхности когда-то царили подходящие условия, они должны были исчезнуть вместе с теплом звезды. Например, температура поверхности белого карлика WD 0346+246 опустилась ниже 3700 градусов Цельсия, а планета WD 1856b, обращающаяся вокруг звезды WD 1856+534 почти так же холодна, как Марс — ее температура составила минус 80 градусов Цельсия.
При этом миры, расположенные слишком близко к белым карликам, чья масса, как правило, не превышает половины солнечной, могут перегреваться: из-за приливных сил даже небольшое отклонение орбиты от идеальной круговой может вскипятить океаны, а климат превратить в неустойчивый.
Ставить крест на планетах в тесных орбитах с белыми карликами отказались астрофизики Эва Стафне (Eva Stafne) и Жюльет Беккер (Juliette Becker) из Висконсинского университета в Мэдисоне (США). В статье, опубликованной на сервере препринтов Корнеллского университета, они переосмыслили шансы на обитаемость таких миров, показав, что спасти их от перегрева может эффект ОТО Эйнштейна.
Для этого ученые смоделировали сотни возможных конфигураций двухпланетных систем, в которых внутренняя планета размером с Землю обращалась вокруг белого карлика массой 0,5 массы Солнца на орбите в 0,01 астрономической единицы, а внешняя планета оказывала на нее гравитационное влияние. Всего исследователи смоделировали 576 сценариев с различными массами и расстояниями внешней планеты — от одной до 300 масс Земли с орбитами от 0,3 астрономической единицы.
Результаты показали, что когда в модель не включали релятивистские эффекты, почти все планеты перегревались: их орбиты вытягивались под воздействием соседей, а внутренняя энергия быстро нарастала. Однако при учете ОТО орбита медленно прецессировала — то есть со временем поворачивалась, предотвращая колебания, ведущие к опасно далеким от круговых орбитам. Этот эффект, по мнению авторов научной работы, действовал как «динамический щит», стабилизирующий систему и не позволяющий планете нагреваться до экстремальных температур.
Интересно, что при массах внешнего спутника меньше 250 масс Земли и расстоянии более 0,18 астрономической единицы, эффект Общей теории относительности сохранял стабильные условия, необходимые для существования на поверхности планеты жидкой воды.
Таким образом, введенный в расчеты релятивистский эффект существенно расширил зону обитаемости вокруг звезд, ранее переживших свою «смерть». Подобные миры могут стать приоритетными целями для космической обсерватории «Джеймс Уэбб», которая позволит искать в их атмосферах возможные биосигнатуры — пары кислорода, воды и метана.