
Белые карлики — это останки некогда ярких звёзд главной последовательности, таких как наше Солнце. Они очень плотные, а в их недрах больше не идёт синтез. Свет, который они излучают, происходит только от остаточного нагрева.
Астрономы сомневались в том, что белые карлики могут содержать пригодные для жизни планеты, отчасти из-за бурного пути, который они проходят, чтобы стать белыми карликами, но новые исследования говорят об обратном.
Белые карлики сравнительно малы, поэтому пригодные для жизни зоны вблизи них будут столь же малы. Такие зоны могут находиться на расстоянии от 0,0005 до 0,02 а.е. от звезды. На таком расстоянии любые планеты попадут в приливный захват. Одна сторона планеты будет страдать от парникового эффекта, а другая — быть холодной. Ещё одна проблема связана с существованием самих планет у белых карликов. Есть основания полагать, что они существуют, но их количество неизвестно.
В Млечном Пути насчитывается около 10 миллиардов белых карликов (БК), и новое исследование, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal, предполагает, что на некоторых из них могут существовать планеты, пригодные для жизни. Исследование называется «Повышенная температура поверхности пригодных для жизни миров белых карликов по сравнению с экзопланетами звёзд главной последовательности». Ведущий автор — Аомава Шилдс, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Ирвайне.
«Открытия кандидатов в планеты-гиганты, вращающиеся вокруг звёзд типа белого карлика (БК), и продемонстрированные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба дарят нам возможность обнаружения каменистых планет в зонах обитаемости (ЗО) БК», — пишут авторы. Если с помощью «Уэбба» или других телескопов мы обнаружим больше планет в ЖД, насколько вероятно, что они будут пригодны для жизни?
В данном исследовании учёные попытались выяснить это, смоделировав две похожие на Землю аквапланеты (океанические миры), вращающиеся вокруг двух разных звёзд. Они обе находятся в приливном захвате, движутся по круговым орбитам, имеют земную массу, состав атмосферы и давление на поверхности. Одна из них находится в ЗО звезды главной последовательности под названием Kepler-62, а другая — в ЗО гипотетического БК. Астрономы уже обнаружили крупные планеты вокруг БК, так что это моделирование основано на реальной ситуации.

«Хотя звёзды типа белого карлика всё ещё могут выделять некоторое количество тепла из-за остаточной ядерной активности в их внешних слоях, в их ядрах больше не происходит ядерного синтеза. По этой причине способность этих звёзд обеспечивать условия для поддержания жизни на их планетах рассматривалась не слишком тщательно», — говорит ведущий автор работы Шилдс в пресс-релизе. «Наше компьютерное моделирование позволяет предположить, что если на орбитах этих звёзд есть каменистые планеты, то на их поверхности может быть больше пригодных для жизни мест, чем считалось ранее».
Шилдс и её соисследователи использовали 3D-модель климата для моделирования планет вокруг звёзд. Обе планеты находятся в приливном захвате у своих звёзд. Хотя обе звезды имеют схожую эффективную температуру, результаты показывают, что климат на планетах значительно отличается. ЗО вокруг белого карлика находится гораздо ближе к нему, а значит, и его планета находится ближе. Такая близость означает, что у планеты более высокая температура поверхности и гораздо меньше период вращения, что имеет решающее значение для результатов.
«Средняя глобальная температура поверхности синхронно вращающейся планеты БК на 25°К выше, чем у синхронно вращающейся планеты, вращающейся вокруг K62, из-за её гораздо меньшего (10 часов) периода вращения и орбитального периода», — объясняют авторы в своей работе.
Моделируемая планета, вращающаяся вокруг K62, имела гораздо более длительный орбитальный период, что позволило скопиться большой массе облаков водяного пара на дневной стороне. Эти облака охлаждали большую часть поверхности планеты, уменьшая площадь пригодной для жизни поверхности. «На планете, вращающейся вокруг Kepler-62, так много облаков, что она слишком сильно охлаждается, жертвуя при этом драгоценной пригодной для жизни площадью поверхности», — сказал Шилдс.
«С другой стороны, планета, вращающаяся вокруг белого карлика, вращается так быстро, что не успевает набрать столько облаков на своей дневной стороне, поэтому она сохраняет больше тепла, и это работает в её пользу», — сказал Шилдс.
Благодаря более быстрому вращению БК-планеты атмосфера циркулирует эффективнее, что позволяет избежать парникового эффекта. «Это сверхбыстрое вращение генерирует сильные зональные ветры и меридиональный поток зонального импульса, растягивая и однородно изменяя масштаб атмосферной циркуляции и предотвращая эквивалентное накопление плотных водяных облаков на дневной стороне планеты по сравнению с синхронной планетой, вращающейся вокруг K62», — говорится в статье. Авторы также объясняют, что это переносит тепло из высоких широт к экватору и что подобная картина наблюдается и в других симуляциях короткопериодических планет.

«Мы ожидаем, что синхронное вращение экзопланеты в обитаемой зоне нормальной звезды, такой как Kepler-62, создаст больше облачного покрова на дневной стороне планеты, который будет отражать входящее излучение», — говорит Шилдс. «Обычно это хорошо для планет, вращающихся вблизи внутреннего края пригодных для жизни зон своих звёзд, где они могут немного охладиться, и не упустить свои океаны в космос из-за парникового эффекта. Но для планеты, вращающейся прямо в центре обитаемой зоны, это не такая уж хорошая идея».

Меньшее количество облаков на дневной стороне планет БК в сочетании с более сильным парниковым эффектом на ночной стороне создадут более тёплые и пригодные для жизни условия, чем на планете Kepler-62, несмотря на то, что энерговыделение БК медленно снижается с течением времени. Если эти результаты подтвердятся, они могут стать решающим фактором в поиске экзопланет в пригодных для жизни зонах.
«Поэтому белые карлики могут обеспечивать благоприятную среду для жизни на планетах, сформировавшихся внутри или мигрировавших в их ЗО, создавая более тёплые условия на поверхности, чем на планетах звёзд главной последовательности, компенсируя постоянно уменьшающийся поток излучения», — объясняют авторы.
«Эти результаты говорят о том, что звёздная среда белых карликов, которая раньше считалась негостеприимной для жизни, может открыть новые возможности для исследователей экзопланет и астробиологии», — говорит Шилдс.
Неясно только, сколько планет существует вокруг БК. Переход от красного гиганта к ЖД не является мирным процессом. Когда красные гиганты разрастаются, они поглощают и уничтожают близлежащие планеты. Наше Солнце однажды станет красным гигантом, и оно поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, Землю. Возможно, даже Марс.

Эти разрушенные планеты могут образовать вокруг белого карлика мусорный диск, из которого может появиться новое поколение планет. Или же планеты, расположенные дальше от красного гиганта, могут выжить и переместиться ближе к звезде, когда она будет меняться. Чтобы понять эти возможности, необходимо провести дополнительные исследования.
«Поскольку вполне вероятно, что многие планеты, вращающиеся вокруг прародителей БК, были поглощены во время фазы красного гиганта, в их системах планет может быть немного и, возможно, они вообще живут поодиночке, каждая у своей звезды», — пишут авторы.
Наши знания об обитаемости экзопланет неполны. Тем не менее, это важнейшая проблема в понимании Вселенной и один из самых больших вопросов: существует ли другая жизнь? Мы не сможем ответить на него, если не будем лучше понимать, что такое обитаемость и в каких условиях она существует. Единственный способ получить эти знания — более мощные наблюдения.
«С появлением мощных наблюдательных возможностей для оценки атмосфер экзопланет и астробиологии, таких как возможности космического телескопа Джеймса Уэбба, мы можем вступить в новую фазу изучения совершенно нового класса миров вокруг ранее не рассматривавшихся звёзд».
Автор: SLY_G