Невероятные планеты

Астрономы находят планеты даже там, где не предполагали. Белые карлики — очень странные небесные тела: имея массу примерно как у Солнца, они одни из самых тусклых звезд и постепенно становятся все тусклее, не подчиняясь обычному соотношению между массой звезды и ее блеском. Астрономы полагают, что белые карлики — это не звезды, а их трупы. Каждый белый карлик был когда-то похож на Солнце и светил так же ярко. Но когда топливо кончилось, звезда вступила в стадию агонии: ее ядро сжалось в 100 раз, до размера Земли, яркость возросла в 10 тыс. раз, и она сбросила внешние слои, а затем медленно остывала, и блеск ее ослабевал.
Но эта история могла быть еще печальнее. Мы с коллегами обнаружили в нашей Галактике более дюжины белых карликов, вокруг которых обращаются астероиды, кометы и, возможно, даже планеты — целое кладбище миров. Пока звезды были еще живы, они ежедневно восходили на небе каждой планеты, согревали ее почву и вызывали ветерок. Живые организмы могли впитывать их лучи. Но когда звезды умирают, они испаряют или проглатывают и сжигают свои внутренние планеты, оставляя только тела на далекой холодной периферии системы. Со временем карлики теряют и эти выжившие объекты. Распад подобных систем демонстрирует нам жестокую картину будущего нашей Солнечной системы, когда через 5 млрд лет наше Солнце умрет.

Астрономы всегда полагали, что не только вокруг Солнца, но и вокруг других звезд могут обращаться планеты. Мы ожидали найти системы, подобные нашей Солнечной, где в центре находится звезда, похожая на Солнце. Но сейчас, открыв за 15 лет множество планетных систем, мы видим, что внесолнечные системы могут сильно отличаться от нашей. Первой была система 51 Пегаса, состоящая из звезды, похожей на Солнце, и планеты более массивной, чем Юпитер, обращающейся вокруг звезды на расстоянии меньшем, чем Меркурий удален от Солнца. С повышением чувствительности приборов были открыты еще более странные объекты. Похожая на Солнце звезда HD 40307 имеет три планеты с массами от четырех до десяти масс Земли, орбиты которых меньше половины орбиты Меркурия. Солнцеподобная звезда 55 Рака А имеет не менее пяти планет с массами от 10 до 1000 земных масс. Размеры их орбит — от одной десятой орбиты Меркурия до размера орбиты Юпитера. Такое не смогли придумать даже фантасты.

Системы с белыми карликами доказывают, что вовсе не обязательно, чтобы звезда была похожа на Солнце. Планеты и астероиды могут обращаться вокруг объектов, которые по размеру не больше самих планет. Разнообразие подобных систем не меньше, чем у обычных звезд. Астрономы не ожидали такой распространенности планетных систем, их устойчивости и универсальности процессов их формирования. Так что Солнечная система вовсе не типичная планетная система и прибежище жизни во Вселенной.

Феникс, восставший из пепла

Сегодня порой забывают, что первые планеты вне Солнечной системы были открыты у звезды, совершенно не похожей на Солнце. Этот объект — нейтронная звезда PSR 1257+12 — удивляет даже больше, чем белый карлик. Ее масса больше чем у Солнца, а размер — как у скромного астероида, около 20 км. Этот монстр родился при взрыве сверхновой звезды в 20 раз массивнее Солнца; и взрыв был гораздо мощнее, чем агония солнцеподобных звезд. Трудно представить, как при этом смогли выжить планеты. Более того, взорвавшаяся звезда могла иметь радиус более 1 а.е. (астрономическая единица — расстояние от Земли до Солнца). А это больше размера орбит планет, которые мы видим сегодня. Оба факта указывают, что планеты родились из пепла взрыва.

Несмотря на то что обычно сверхновые выбрасывают свой газ в межзвездное пространство, небольшая часть вещества за счет притяжения падает обратно и образует диск вокруг остатка звезды. В таких дисках и рождаются планеты. Астрономы считают, что Солнечная система обрела свою форму, когда аморфное межзвездное облако из газа и пыли сжалось под собственным весом. Сохранение углового момента не позволило некоторому количеству вещества упасть на новорожденное Солнце, а сформировало из него диск, внутри которого газ и пыль сгустились в планеты. Подобное могло произойти и в диске, возникшем после взрыва сверхновой.
Астрономы открыли планетную систему вокруг объекта PSR 1257+12, обнаружив периодические сбои в моментах прихода его радиоимпульсов. Эти сбои возникают из-за того, что обращающиеся вокруг звезды планеты притягивают звезду и периодически ее сдвигают, изменяя расстояние, которое проходят импульсы. Несмотря на интенсивные исследования сигналов от других звезд, больше не найдено ни одной похожей системы. Другой пульсар, PSR B1620-26, имеет по крайней мере одну планету, но она обращается так далеко от него, что, по мнению астрономов, не могла образоваться в диске из вещества сверхновой, а была захвачена у другой звезды.

В 2006 г. космический телескоп «Спитцер» (NASA) обнаружил инфракрасное излучение от нейтронной звезды 4U 0142+61. Оно может возникнуть в магнитосфере звезды или в околозвездном диске. Сама звезда родилась во время вспышки сверхновой примерно 100 тыс. лет тому назад, и обычно требуется примерно миллион лет для формирования планет. Поэтому, если инфракрасное излучение говорит о наличии диска, то эта система со временем может стать такой же, как PSR 1257+12.
Многие белые карлики также имеют диски, но несколько иного типа: они скорее указывают на наличие обращающихся тел, а не на возможность их формирования. Как и в случае 4U 0142+61, основным их признаком служит неожиданное инфракрасное излучение. Первые данные были получены в 1987 г. наземным инфракрасным телескопом на вершине Мауна-Кеа (Гавайи). В спектре белого карлика G 29-38 был обнаружен избыток инфракрасного излучения, соответствующий спектру тела с температурой 1200 К, что гораздо меньше температуры поверхности звезды в 12 тыс. К.