za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Category:

Возможна ли вторая жизнь после смерти звезды?


  Художественное изображение гибели планеты Земля по причине превращения Солнца в белый карлик. Источник.

  Как известно, белые карлики - это мертвые звезды, образующиеся после стадии красного гиганта, у небольших звезд. Их сбрасываемая оболочка представляет собой яркую туманность, получившую у астрономов название планетарная туманность. Наше Солнце в будущем ждет та же судьба. Предполагается, что в ходе подобного сброса оболочки, землеподобные планеты разрушатся, а от газовых гигантов останутся только каменные ядра. Поэтому долгое время считалось, что искать жизнь у белых карликов бесполезное занятие. Однако, в последние годы, астрономы резко изменили это мнение. Об этом и пойдет речь в этом обзоре.


  Начнем с исторической предыстории. В 80-ых годах 20 века был осуществлен обзор более 200 белых карликов, с целью поиска у них коричневых карликов. Метод поиска заключался в получение инфракрасных спектров. Температура белого карлика составляет десятки тысяч градусов, в то время, как у коричневого карлика она составляет всего несколько тысяч градусов или даже меньше. Поэтому, в случае наличия у белого карлика холодного компаньона (или холодного пылевого диска), в его ИК-спектре должен наблюдаться второй «горб». Примерно таким образом:


GD16 спектр

Источник.


 Обзор обнаружил следы таких ИК-избытков у двух белых карликов: Giclas 29-38 и GD65. Во-втором случае, дальнейшие наблюдения, действительно подтвердили коричневый карлик, а в случае Giclas 29-38 такие попытки оказались безуспешными. Таким образом был открыт первый известный пылевой диск у белого карлика. Дальнейшие наблюдения на телескопе Спитцере только подтвердили эту гипотезу. Более того, из анализа более детального спектра, была выдвинута теория, что диск там образовался после разрушения комет во время прохождения перигелия.

спектр белого карлика G29-38 на телескопе Спитцер


  Спектр белого карлика Giclas 29-38, полученный на телескопе Спитцер. Источник.


  Дальнейшие наблюдения открыли множество подобных пылевых дисков. У некоторых из них, нашли не только следы легких газов, но даже металлов. Первые поиски на наземных телескопах показали, что такие диски достаточно редки — они встречаются только 2.1-7% белых карликов. К примеру, неудачным оказался подобный поиск, для ближайшего к нам белого карлика — Сириуса B. Однако чувствительные наблюдения, проведенные на космическом телескопе Хаббл с помощью УФ-спектрографа COS, показали что такие диски встречаются уже как минимум у 27% таких звезд.


Сириус


Снимок Сириуса космическим телескопом Хаббл. В левом нижнем углу виден его компаньон — ближайший к нам белый карлик. Источник.


Естественно сразу же возник вопрос: формируются ли из этих пылевых дисков белых карликов, новые небольшие каменные планеты? На первых порах ответить на этот вопрос считалось невозможным. Фотографические обзоры могли обнаружить там только очень массивные планеты. Такие планеты очень редки и у обычных звезд, поэтому никаких открытий, даже таких массивных планет, у белых карликов сделано не было. Почитать об этом подробнее можно, к примеру здесь, здесь и здесь. Однако, в последние годы, пришло понимание, что даже небольшие планеты там можно найти с помощью поиска их транзитов. Это сильно облегчает тот факт, что большинство белых карликов размером с нашу Землю или даже меньше.


размеры белых карликов

Источник.


С другой стороны, вероятность подобного транзита у такого типа звезд гораздо меньше, чем у обычных звезд. Вероятность транзита планеты равна отношению радиуса затмеваемой звезды к большой полуоси орбиты затмевающей планеты. Скорее всего такое затмение будет касательным, то есть планета вызовет затмение лишь своим краем. В дополнение яркость белых карликов значительно меньше чем у большинства звезд, что усложняет получение их сверхточной фотометрии. Поэтому поиски таких транзитов возможны лишь на телескопах с очень большим полем зрения, способных одновременно измерять яркость многих сотен или тысяч белых карликов. Первый такой поиск был произведен в фотометрии астероидного обзора Каталина, который регулярно фотографирует почти всё небо до 20 звездной величины, с целью поиска опасных астероидов. Большая чувствительность телескопов этого обзора позволяла находить затмения, вызванные даже астероидами размером до 100 км. Анализ в 2010 году 12 тысяч белых карликов позволил найти в фотометрии около 20 транзитных кандидатов с небольшой массой и периодами в несколько десятков минут. Эти кандидаты, были слишком близки к своим звездам, для возникновения на них сложной жизни. К примеру, затмения двух из них, выглядели следующим образом:


транзитные кандидаты Каталины


 Ввиду того, что у белых карликов невозможно получить сверхточные измерения лучевых скоростей, процесс подтверждения этих кандидатов растянулся на долгие годы. К настоящему времени, было опубликовано вероятное подтверждение только одного из них — коричневого карлика с периодом обращения в 122 минуты.

координаты на небе белых карликов из обзора Каталины

 Координаты белых карликов на небе из обзора Каталины, у которых искались транзиты. Источник.


  Большим минусом транзитного поиска в данных Каталины стало небольшое количество фотометрических измерений на каждую звезду (несколько сотен) — вынужденная плата за огромную площадь неба с регулярными наблюдениями (астероиды стараются искать на всем небе). Поэтому в то же время, поиск таких затмений был произведен в данных более высокочастотного обзора (тысячи и десятки тысяч измерений на каждую звезду) — транзитного обзора SuperWASP. Из-за небольшого размера телескопов этого проекта, фотометрического точность там гораздо ниже, но тем не менее она позволяет обнаружить у звезды яркостью в 12 звездных величин транзит тела размером с Луну. Очевидно, что таких ярких белых карликов на небе очень мало, поэтому поиск в этом случае ограничился лишь 194 звездами. В этом случае ничего найдено не было, и в результате получен лишь верхний предел в 10% встречаемости для планет размером с наш Юпитер и с периодами меньше 0.2 дней. Для меньших планет верхний предел получался почти равен 100%. Для сравнения зона обитаемости у белых карликов лежит в районе периодов обращения в 4-30 часов. В графической форме эти результаты можно изобразить следующим образом:


верхние пределы у обзора SuperWASP


 Космический телескоп Кеплер открыл новую эру в поисках транзитных планет. Изначально никогда не планировалось, что этот космический телескоп будет наблюдаться большие выборки белых карликов с целью поиска в них транзитных планет. Только к концу миссии, ученые поняли важность таких поисков. Учитывая низкую транзитную вероятность, астрономы пошли на хитрость. Они запланировали наблюдения Кеплером не одиночных белых карликов, а двойных затменных систем, один из членов которой есть белый карлик. Ведь очевидно, что звездные и планетные орбиты стремятся к одной плоскости, а это значит вероятность найти транзитную планету у белого карлика в такой системе значительно выше, чем у одиночного. Дополнительным преимуществом таких систем является более простое ограничение массы транзитной планеты путем отслеживания периодических колебаний во времени наступлений затмений в системе (так называемый тайминг транзитов). Пронаблюдав за 300 суток всего 58 систем (до критической поломки), у одной из систем был действительно найден планетный транзитный кандидат с периодом 76 суток и глубиной затмения в 1.2%. Дополнительную интригу вносит тот факт, что этот кандидат находится в обитаемой зоне (основную часть излучения в системе формирует не белый, а красный карлик), и сам он скорее всего размером с нашу Землю и около того. В случае подтверждения, этот кандидат возможно станет первым свидетельством формирования из пылевого диска небольшой планеты после стадии красного гиганта. И одним из лучших для получения транзитов спектра и поиска в нем биомаркеров.

двойная звезда


  Художественное изображение вида с планеты на тесную двойную систему, состоящую из красной звезды и белого карлика. Источник.


  После такой важной находки и обидной поломки (в мае 2013 года) телескопа Кеплер, группа астрономов даже предложила посвятить поиску обитаемых планет у белых карликов, всё будущее время этого телескопа . Для этой цели они предлагали, за 2 года работы, пронаблюдать около 10 тысячи белых карликов на нескольких полях, каждое из них длительностью до 200 суток. Обзор мог найти до 100 обитаемых планет у белых карликов. Программа не была утверждена, во многом, по причине того, что в то время не было известно, что телескоп Кеплер сможет наблюдать только эклиптику. В итоге новая миссия, слабеющего космического телескопа, названая К2, фактически обошла белые карлики своим вниманием. Приоритетными целями для поиска планет в ней были названы яркие звезды и красные карлики.


схема зон обитаемости у различных типов белых карликов

 Схема зон обитаемости у различных типов белых карликов. Источник.


 После неудачи с миссией К2, астрономы не сдались. На их счастье, в это время, технический прогресс шагнул далеко вперед, и среди астрономического инструментария появилась уникальная камера DECam (камера для поисков темной энергии). Эта камера была установлена в 2012 году на 4-метровом телескопе Бланко в Чили. На данный момент это самая мощная обзорная камера из существующих. Поэтому, к примеру на нее возлагают большие надежды в поиске очень крупных и далеких седноидов (тел с орбитами подобными Седне).

основные технические характеристики камеры DECam
основные технические характеристики камеры DECam 2


  Основные технические характеристики камеры DECam. Источник.


  Конечно, эта камера, как следует из ее названия, создавалась для поисков темной энергии. Но, учитывая уникальность инструмента, его хозяева каждое полугодие объявляют конкурс на другое возможное использование этого инструмента. После неудачи предложения о поиске обитаемых планет у белых карликов на космическом телескопе К2, те же астрономы предложили использовать для этого камеру DECam. И это предложение было действительно одобрено! На поиски таких планет выделено уже как минимум 16 ночей в январе 2014 и январе 2015 годов. Этот очень чувствительный поиск охватит до тысячи белых карликов. В случае, если у каждого белого карлика есть землеподобная планета в обитаемой зоне, то такой поиск должен найти 3 подобных транзитных планеты. Эти планеты будут легкими целями для спектроскопических наблюдений будущего телескопа JWST (планируемый запуск в 2018 году). Чувствительности JWST хватит, чтобы найти у этих планет в спектре биомаркеры, к примеру линии кислорода. А это значит, фактически доказать наличие на них, органической жизни. Тем самым открытие внеземной жизни нас может ждать уже в этом десятилетии. Пока же, к этому моменту, в пылевых дисках у белых карликов уже найдены простейшие строительные кирпичи для этого — наличие большого количества металлов и воды.



телескоп JWST


       P.S. После написания этой заметки, мне случайно встретилось удивительное исследование об условиях на планетах, в обитаемой зоне белых карликов. Это исследование оказалось даже лучше самых оптимистичных моих предположений. Более того, возможности развития жизни там предполагаются даже лучше, чем на Земле. Процитирую наиболее важные моменты оттуда:


  Долгое время белые карлики (БК) рассматривались как последние кандидаты в списки звёзд с экзопланетами, пригодными для жизни (той жизни, которую мы знаем). Сильное ультрафиолетовое излучение, нестабильный жизненный цикл... Исследование, предпринятое Лукой Фоссати из Открытого университета (Великобритания), показывает, что мы были несколько предвзяты по отношению к этим небесным телам.
 Некоторое время назад было показано, что БК, несмотря на перспективу «окончательного конца», на деле более стабильны, чем известные нам звёзды типа Солнца. Достаточно вспомнить, что, согласно нынешним астрономическим поверьям, всего через миллиард лет жизнь на Земле будет невозможна. Ибо наша звезда неумолимо повышает свою светимость, и через миллиард лет этот показатель вырастет едва ли не на 20%. А это исключает всякую вероятность сохранения нормального климата. БК же, хотя и теряет постепенно светимость, делает это очень и очень медленно.
 Если точнее, по расчётам, планета на расстоянии в 0,01 а. е. от такой звезды будет иметь 8 млрд лет для развития в зоне обитаемости. Если сравнить это с Землёй, время пребывания которой в зоне обитаемости примерно равно 4,5 млрд лет, то преимущества более стабильного режима жизни планет вокруг БК кажутся очевидными.
После того как данные такого моделирования были опубликованы, посыпался град возражений, опиравшихся в основном на то, что степень мощности УФ-излучения БК на расстоянии в 0,01 а. е. исключит не только существование, но и возникновение жизни на таких планетах.
Лука Фоссати и коллеги проверили это предположение методами численного моделирования. Проведя симуляцию условий, создающихся в окрестностях типичного БК (температура поверхности около 5000 К) на удалении в одну сотую расстояния Земли от Солнца, учёные наложили их на состав и толщину нынешней земной атмосферы.
 Выяснилось, что такая планета-близнец будет получать в среднем в 1,65 раза больше ультрафиолета, чем получает её поверхность Земли сегодня. «С астробиологической точки зрения это относительно умеренная доза», — полагает г-н Фоссати. И в самом деле, названный объём ультрафиолета будет означать более активную генерацию озона в стратосфере и, потенциально, более плотное экранирование поверхности планеты от УФ-лучей.
 Параллельно исследовался вопрос о спектральном составе видимого излучения, которое получит растительность «второй (белокарликовой) Земли». Удивительно, но различий найти не удалось. Можно даже предположить, что если пути биологической эволюции более или менее универсальны, то растительный мир планеты у БК будет в основном зелёным (растения с листьями другого цвета есть и на Земле, но их не много).
 Более того, группа Фоссати полагает, что БК даже эффективнее красных карликов в поддержании жизни в своих окрестностях. Вспышки на поверхности звёзд класса М значительно мощнее тех, что возникают на нашем Солнце, и теоретически должны гораздо сильнее отражаться на потоке частиц, попадающем на планеты вокруг них. В то же время БК вообще лишены пятен и периодической активности, что резко смягчает условия для возникновения и существования жизни на планетах их систем.

Tags: белые карлики, внеземная жизнь, обитаемые планеты
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 19 comments