Книга: Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли
Назад: Планеты-саламандры
Дальше: Звезда, которая стала планетой

Планеты-мемнониды

Если планеты рядом с пульсаром движутся по орбитам в плоскости аккуратной дискообразной формы, то, возможно, после превращения звезды в пульсар рядом с ней сформировался новый протопланетный диск. И как раз в нем-то впоследствии и был запущен запоздалый цикл планетообразования. Гипотеза о втором протопланетном диске была названа сценарием мемнонид — в честь мифических птиц-мемнонид, которые вылетели из погребального костра на могиле павшего воина Мемнона.
Идея о новом диске согласуется с результатами наблюдения за системой PSR B1257+12, но оставляет открытым вопрос о происхождении вещества этого диска. Первоначальный протопланетный диск к тому времени уже точно рассеялся, так что без свежей порции пыли вряд ли бы рядом с пульсаром образовались новые планеты.
Одним из источников вещества для нового диска могли стать внешние слои красного гиганта, сброшенные им во время взрыва сверхновой. Если это вещество не сможет вырваться из плена гравитационного притяжения, создаваемого оставшимся трупом звезды, оно замедлится и окружит новоиспеченный пульсар. А если допустить, что скорость его вращения будет достаточно высокой, чтобы предотвратить выпадение на пульсар, то из него сформируется диск. Вопрос о том, насколько большая доля внешних слоев красного гиганта может быть использована повторно в планетообразующем диске, также остается открытым. Но если первоначальная звезда была достаточно велика, то оставшегося рядом с пульсаром вещества должно было бы хватить для формирования небольших планет, обращающихся вокруг PSR B1257+12.
Гораздо труднее объяснить отсутствие каких-либо признаков звезды-компаньона рядом с миллисекундным пульсаром PSR B1257+12. Если своим раскручиванием до скоростей, измеряемых в долях секунды, пульсар обязан взаимодействию с внешними слоями звездного спутника, то от второй звезды должен остаться след в виде белого карлика. Где он и имеет ли он какое-либо отношение к планетам?
В случае с PSR B1257+12 наиболее перспективной кажется идея, в соответствии с которой отсутствующая звезда-компаньон как раз и была определяющим фактором в процессе формирования планет. Согласно этому зловещему сценарию, звезда-компаньон была разорвана на кусочки пульсаром и тем самым обеспечила строительный материал для формирования нового протопланетного диска.
Один из возможных способов уничтожения соседа — взрыв сверхновой. При асимметричном взрыве формирующийся пульсар может угодить прямо в своего компаньона. В результате такого столкновения последний будет разорван на части, из которых вокруг пульсара образуется протопланетный диск. Звезды сталкиваются исключительно редко, но и планеты в окрестностях пульсаров, судя по всему, встречаются не часто.
В еще одном из возможных сценариев пульсар расплавляет и разрезает своего компаньона как паяльной горелкой. Названные черными вдовами в честь паучих, пожирающих самцов-партнеров, эти мертвые звезды-каннибалы обращаются на таком маленьком расстоянии от своего соседа, что под действием их излучения вторая звезда испаряется, а из ее остатков образуется диск. Как раз сейчас один такой звездоубийца, пульсар PSR J1311–3430, делает свое черное дело.
В 2012 г. была открыта тусклая звезда, цвет которой менялся в диапазоне от ярко-синего до тускло-красного. В том месте, где она находилась, также наблюдался источник высокоэнергетического гамма-излучения, сопровождавшегося прерывистым радиоволновым излучением.
Высокая интенсивность излучения наводила на мысль, что ключом к разгадке тайны является пульсар. Главная трудность заключалась в том, чтобы выделить в гамма-излучении характерную маякоподобную пульсацию. Из-за высокой энергии такого излучения пульсары испускают намного меньше гамма-лучей, чем радиоволн, поэтому зафиксировать быструю вспышку не так-то просто. Однако исследователям NASA, скрупулезно проанализировавшим данные, полученные с помощью космического гамма-телескопа «Ферми» за четыре года, это все-таки удалось: меняющая цвет звезда действительно вращается вокруг пульсара — первого, выявленного исключительно по вспышкам гамма-излучения.
PSR J1311–3430 — 2,5-миллисекундный пульсар, совершающий 390 оборотов в секунду. Расстояние между пульсаром и его компаньоном невероятно мало — всего на 40% больше расстояния между Землей и Луной. Вследствие этого период обращения составляет 93 минуты — меньше, чем в среднем тратит на дорогу от дома до работы и обратно средний британец. Как раз этой близостью к мерцающему маяку пульсара и объясняется изменение цвета звезды-компаньона.
Та сторона звезды-компаньона, которой она повернута к своему мертвому соседу, находится под постоянным натиском излучения пульсара. В результате этой бомбардировки температура на ней достигает 12 000 °C — вдвое больше, чем на поверхности Солнца, а сама она имеет ярко-синий цвет. Цвет дальней стороны звезды — более прохладный красный, соответствующий куда меньшей температуре 2700 °C. При вращении вокруг компактного пульсара звезда поворачивается к Земле то красной, то синей стороной.
Тусклость звезды также объясняется влиянием пульсара. Она имеет крошечный размер, а ее масса составляет каких-то 12 масс Юпитера. Раз скорость вращения пульсара измеряется в миллисекундах, в прошлом звезда-компаньон должна был отдать ему свои внешние слои, тем самым раскрутив его. Вероятно, после этого у нее осталось гелиевое ядро, которое, скорее всего, было слишком легким, чтобы обеспечить сжатие до белого карлика. В последующем, непрерывно подвергаясь воздействию излучения пульсара, звезда съежилась до космического объекта размером почти с планету. Остатки распадающегося тела звезды следуют за ней, образуя своего рода барьер вокруг пульсара. Поэтому испускаемые пульсаром радиоволны рассеиваются или поглощаются этими фрагментами искромсанной звезды, тогда как высокоэнергетическое гамма-излучение прорывается через них и добирается до Земли. Когда от звезды ничего не останется, улетучившийся из нее материал может конденсироваться, образовав диск вокруг пульсара. Таким образом, мы получим одинокий миллисекундный пульсар и первичный диск для формирования нового поколения планет.
Если пульсар не находится достаточно близко, чтобы разрезать своего соседа на части, звезда-компаньон в конечном итоге умрет и превратится в белый карлик. Укутанный в собственную полость Роша, белый карлик будет обращаться вокруг пульсара. Однако это безопасное существование не сможет продолжаться вечно. Причина — гравитационные волны.
Сто лет назад Альберт Эйнштейн предсказал существование волновой ряби на ткани пространства. Согласно ему, Вселенную можно представить в виде упругой резиновой пластины, которая продавливается под тяжестью массивных объектов. Гравитация — следствие этого продавливания. Она заставляет более легкие объекты перемещаться к более тяжелым, продавившим пространство на большую глубину. При передвижении объектов пластина деформируется с учетом их нового местоположения, в результате чего возникают колебания, которые расходятся в виде гравитационной волны.
11 февраля 2016 г. было объявлено о первом случае прямой фиксации гравитационных волн. Наверное, это был самый тщательно скрываемый секрет в истории науки. При этом слухи об успешной регистрации ходили с конца 2015 года. Осуществлена она была с помощью детектора LIGO в США, которому удалось обнаружить сигнал, исходящий от слияния двух черных дыр. Слияние черных дыр — самых плотных объектов во Вселенной — вызывает рябь, состоящую из гравитационных волн с самым сильным сигналом, который только можно себе представить. Следующие по силе — вибрации, образующиеся при взаимодействии других звездных остатков.
Непрерывная деформация пространства при движении пульсара и белого карлика по орбитам в двойной системе является постоянным источником гравитационных волн. Питающая эти волны энергия берется из энергии орбитального движения, благодаря чему объекты движутся все ближе друг к другу. При сближении полость Роша менее массивного белого карлика будет сжиматься под воздействием более сильного гравитационного притяжения пульсара до тех пор, пока во второй раз карлик не поделится частью себя с пульсаром.
Хотя белый карлик не сдавливает себя настолько, чтобы превратиться в сгусток нейтронов, как пульсар, из-за невероятно высокой плотности он ведет себя не так, как обычное вещество. При потере массы в результате перетягивания его слоев пульсаром белый карлик не сжимается, а расширяется. Таким образом, все больше и больше вещества мертвой звезды перекочевывает к пульсару, пока, наконец, звезда не разрушается полностью. Из ее остатков может сформироваться диск, который послужит основой для образования нового поколения планет.
У протопланетного диска, сформировавшегося из праха мертвой звезды, есть ряд интересных свойств. Во-первых, такие диски живут недолго. Раздробленный звездный материал подвергается постоянной бомбардировке излучением пульсара и быстро разогревается, что заставляет диск расширяться. Плотность диска падает и в какой-то момент достигает значения, при котором процесс планетообразования становится невозможен. По оценкам, продолжительность жизни таких вторичных дисков составляет около 100 000 лет. (Для сравнения: протопланетные диски, аналогичные тому, что был в Солнечной системе, существуют в течение 10 млн лет.) Столь короткий промежуток времени делает маловероятным формирование газовых гигантов, но не исключает возможность образования близких планет земного типа, что может объяснить существование того трио планет, которые обращаются вокруг PSR B1257+12.
Состав протопланетного диска, образованного из остатков от взрыва сверхновой или поврежденного тела белого карлика, скорее всего, должен быть необычным. Учитывая, что в звезде-предшественнице белого карлика термоядерный синтез практически заканчивается на гелии, такие диски должны быть богаты углеродом. Поэтому формирующиеся в них миры земного типа будут походить на алмазные планеты, о которых шла речь в главе 7.
Следует отметить, что существует еще один очень странный способ формирования единичного алмазного мира вокруг мертвой звезды, который не имеет отношения к трио миров у PSR B1257+12. Он состоит в превращении звезды непосредственно в планету.
Назад: Планеты-саламандры
Дальше: Звезда, которая стала планетой