Астрофизиците от университета в Лайден (Холандия) Мишел Кама и Алесандро Патруно доказаха, че около неутронните звезди може да има планети, подходящи за живот. И така, при наличието на определени условия, суперземните PSR B1257 + 12 d и PSR B1257 + 12 c, които получиха имената Fobetor и Poltergeist, се оказват в обитаемата зона на PSR B1257 + 12 звездата, наречена Lich. Изследването по тази тема е публикувано от авторите в една от специализираните публикации.
В момента учените знаят за три хиляди неутронни звезди, но само две от тях надеждно имат планетарни системи, а някои може да имат такива системи. Трябва да се отбележи, че първите екзопланети са открити точно в близост до неутронна звезда. Това се случи през 1991г. Откритието е направено от полско-американския радиоастроном А. Волшан, който откри две екзопланети в близост до PSR B1257 + 12 - Fobetor и Poltergeist. Всеки от тях е около четири пъти по-тежък от нашата планета. Година по-късно това откритие е потвърдено от канадския астроном Дейл Фрейл.
След известно време там беше открита друга екзопланета, PSR B1257 + 12 b, която се оказа 50 пъти по-лека от Земята. Разположен е много близо до неутронна звезда, така че условията върху нея не са подходящи дори за най-екстремния живот. Що се отнася до Полтергейст, тази екзопланета е 4,3 пъти по-тежка от Земята, на нейната повърхност температурата достига 51-652 Келвина. Планетата се върти около пулсара на разстояние 0,36 астрономически единици с период от 66 дни. Втората екзопланета, Phobetor, е по-отдалечена от пулсара и малко по-тежка от Poltergeist.
Самата звезда PSR B1257 + 12 се намира в съзвездието Дева, на разстояние 2,3 хиляди светлинни години от нашата планета. Той е около 1,4 пъти по-тежък от Слънцето, но около 125 трилиона пъти по-малък от него (радиусът на пулсара е само 10 километра). Астрономите оценяват възрастта на PSR B1257 + 12 на около един милиард години, тоест пулсарът е четири пъти по-млад от Слънцето. Звездата се върти с период от 0,06 секунди, от нея се излъчват мощни рентгенови лъчи в околното пространство. По-рано се смяташе, че животът на тези две екзопланети е невъзможен, но Патруно и Кама успяха да докажат, че това не е така.
Образуването на неутронни звезди става в резултат на експлозия на свръхнова, след което в орбитата често има достатъчно материя, за да се образува протопланетен диск. В допълнение към пулсара PSR B1257 + 12, екзопланетите бяха открити и около PSR J1719-1438. Сателитът PSR J1719-1438 b, богат на въглерод, може и преди да е бил бяло джудже. Учените също признават, че близо до PSR J1937 + 21 може да има астероиден пояс. Освен това учените интерпретират някои астрономически явления, по-специално избухването на гама-лъчи GRB 101225A, като сблъсък на неутронна звезда и астероид или комета.
Изследователите традиционно идентифицират три типа планети, които може да са близо до неутронни звезди. Първият тип включва типични планети, които са страничен продукт от образуването на звезди и които са се образували още преди експлозията на свръхновата и появата на самата неутронна звезда. Вторият тип включва планети, които са формирани от материята, останала след експлозия на свръхнова в близост до неутронна звезда. Планетите от третия тип са планети, които са се образували от материята на унищожен спътник на неутронна звезда (например PSR J1719-1438 b). Този тип е типичен за спътници на милисекундни звезди, по-специално за PSR B1257 + 12 и PSR J1719-1438.
Учените спекулират, че планетите около неутронните звезди са по-скоро изключение, отколкото правило. Високоенергийната гама и рентгенови лъчи, както и така нареченият пулсарен вятър, могат да унищожат всеки обект за период от милион до милиард години. В същото време сравнително малко небесно тяло, което е достатъчно далеч от звездата, има шанс да поддържа стабилна орбита за дълго време. Поради тази причина, въпреки сравнително малкия брой пулсари с планети, поради големия брой самите неутронни звезди (около милиард) в Млечния път, броят на планетарните системи около тях достига 10 милиона.
Планетарните системи в близост до пулсари не трябва да са подобни на тези, открити в близост до главните звездни последователности. Така например обитаемостта на планетата обикновено се определя от термини като равновесна повърхностна температура, дадената лъчева енергия, получена от приемащата звезда. Тази енергия се изчислява при първо приближение като излъчване на черното тяло, достигащо своя максимум в оптичните, инфрачервените или ултравиолетовите диапазони. В този случай типичните обитаеми зони се идентифицират на разстояние, вариращо от няколко дяла до астрономически единици.
Промоционално видео:
Обитаемата зона, която е с много по-малки размери, отколкото близо до звездите от основната последователност, се изчислява за бели джуджета (Слънцето ще се превърне в обект от този вид след 8 милиарда години). Когато след 3 милиарда години звездата се охлади до температура от около 10 хиляди келвина, местоположението на обитаемата зона ще бъде на разстояние 0,005-0,02 астрономически единици. Когато става дума за неутронни звезди, най-ярката радиация на черното тяло съответства на рентгеновите лъчи, когато се наблюдават много високоенергийни йонизиращи частици. В същото време ултравиолетовото, оптичното и инфрачервеното лъчение практически отсъстват.
Авторите на изследването са използвали специален софтуер, който анализира снимки на системата PSR B1257 + 12, получени на 3 май 2007 г. с помощта на космическия телескоп Chandra. Освен това те използваха данни от наблюдения от 22 май 2005 г., за да сравнят своите открития с тези на други учени. Според предварителните разчети повърхностната температура на пулсара достига 1,1 милиона келвина, а в близост до него, на разстояние от част от астрономическите единици, може да съществува диск за прах.
За възможен живот на Phobetor и Poltergeist, основната опасност и в същото време основният източник на топлина могат да бъдат рентгенови лъчи, които могат да провокират значително нагряване на атмосферата на планетите. Гама и твърди рентгенови лъчи проникват в атмосферата много по-дълбоко от меките рентгенови лъчи и ултравиолетовото лъчение. В случай че газовите обвивки са широки, опасната радиация не може да достигне повърхността на планетата.
Според предположенията на Кама и Патруно, планетите, които се въртят около изолирани пулсари, трябва да се развиват като небесни тела, които се въртят около звездите от главната последователност, които излъчват силни рентгенови лъчи в началото на своята еволюция. На нашата планета рентгеновите лъчи бързо се блокират от термосферата, в която газът се йонизира, когато взаимодейства с ултравиолетовите и рентгеновите лъчи. Този слой има доста висока температура, която е стотици и хиляди келвини. В същото време този слой е неефективен като източник на топлина, защото е разреден.
Според общоприетата теза обитаемата зона е зоната около звезда, в която планета, подобна на Земята (тоест планета, която има атмосфера на въглероден диоксид, азот и вода), може да има достатъчно количество течна вода на повърхността си. Много често е необходимо, но недостатъчно условие за обитаемостта на планетата, учените смятат, че показателят за нейната равновесна температура не пада под 270 келвина. Кама и Патруно изчислили обитаемата зона около пулсара PSR B1257 + 12, използвайки оценки на радиацията, достигаща до Phobetor и Poltergeist, като предположили, че температурата на равновесие на двете суперземли е 175-275 келвина.
Това е напълно възможно, тъй като атмосферата на големи планети има по-висок температурен градиент, отколкото на Земята, атмосферата на която е доста хомогенна. Въз основа на това изследователите стигнаха до извода, че ако рентгеновите лъчи са основният източник на енергия за планетите, то и трите планети от системата PSR B1257 + 12 са неподходящи за живот, тъй като там е твърде студено. Но ако вземем предвид гама-лъчението, което възниква поради пулсарния вятър в атмосферата на планетите, тогава границите на обитаемата зона се изместват с разстояние от 2-5 астрономически единици.
Между тези два възможни сценария има пространство от параметри, в които Fobetor и Poltergeist попадат в обитаемата зона. Освен това авторите на изследването доказаха, че най-древната планета, известна на човека - PSR B1620-26 - дори и в най-оптимистичния случай, не може да бъде обитаема. По отношение на пулсарния PSR J1719-1438 в момента учените разполагат с твърде малко данни за рентгеновото лъчение, така че не могат да се правят категорични изводи. Според учените светимостта на рентгеновите лъчи на повечето изолирани пулсари с изтичането на материя в спътник върху неутронна звезда (така нареченото нарастване на Бонди-Хойл) е много по-висока от тази на PSR B1257 + 12, което е нетипично в този смисъл.
С други думи, за планети, подобни на Земята, обитаемата зона около неутронна звезда съществува за сравнително кратко време. А за супер-земи с плътна атмосфера обитаемата зона трае много по-дълго. Учените изчислиха, че ако нашата планета е 1-10 астрономически единици от PSR B1257 + 12, докато ако нейната атмосфера представлява около един процент от масата на цялата планета, тогава Земята ще загуби своята газова обвивка за около 10 милиона години. При същите условия суперземлите с гъста атмосфера биха загубили газовата си обвивка след около трилион години.
Както отбелязват изследователите, най-голямата опасност за атмосферата не са рентгеновите лъчи, а пулсарните ветрове. Те действат в определен момент - има вид на смъртната линия, която определя момента, в който неутронната звезда спира да произвежда вятър. При младите пулсари това се случва за около милион години, а при звезди милисекунди - милиарди години. Според учените обаче това елиминира източника на енергията на планетата, в резултат на което температурата й рязко спада и се изключва всяка възможност за определяне на обитаемата зона. В този случай обаче остава нарастването на Бонди-Хойл, което може да генерира достатъчно рентгеново лъчение, като по този начин нагрява планетата. Освен това температурата може да се поддържа чрез нагряване на приливите и отливите.
В случай, че оста на въртене на неутронната звезда и магнитната ос силно се разминават, пулсарният вятър може изобщо да не достигне повърхността на планетата. В екваториалната равнина, в която често се намират планетите, няма пулсарен вятър, има само рентгеново лъчение. Учените за такъв случай изчислиха, че атмосферата на Фобетор и Полтергейст за 850 милиона години е загубила приблизително 0,0005 земни маси, което е приблизително 0,0001 от собствената му маса. Това е много малко, особено ако атмосферата PSR B1257 + 12 d и PSR B1257 + 12 c представляват, според общоприетото предположение, около един процент от масата на планетите.
Това проучване не дава възможност да се направят недвусмислени изводи, че суперземните в близост до PSR B1257 + 12 са в обитаемата зона. В момента нейното определяне е невъзможно за пулсари, включително неутронната звезда PSR B1257 + 12. В същото време проучването показа, че ако Phobetor и Poltergeist имат мощна и плътна атмосфера, тогава теоретично тези планети могат да бъдат подходящи за живот.