Гигантская газовая планета, вращающаяся вокруг мертвой звезды, дает представление о будущем Солнца и Солнечной системы спустя 5 млрд лет. Международная группа исследователей обнаружила планету возле белого карлика с помощью обсерватории Keck II, расположенной на вершине потухшего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, методом гравитационного микролинзирования, при котором невидимая прежде планета на какое-то время выступает в роли гравитационной линзы, усиливающей свет фоновой звезды, тем самым выдавая свое собственное присутствие. Это событие, наблюдаемое в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью адаптивной оптики, получило обозначение MOA-2010-BLG-477Lb. Соответствующая статья опубликована в журнале Nature.
Система содержит белый карлик 0,53±0,11 массы Солнца и вращающуюся вокруг него планету 1,4±0,3 массы Юпитера на расстоянии 2,8±0,5 астрономических единиц от звезды. Все это служит доказательством того, что планеты у белых карликов могут пережить экстремальную финальную фазу звездной эволюции таких звезд, похожих на Солнце, в ходе которой звезда, исчерпав свое ядерное горючее, раздувается до стадии красного гиганта, сбрасывает внешние оболочки и сжигает ближайшие планеты.
Система MOA-2010-BLG-477Lb расположена примерно в 6,5 тыс. световых лет от Земли в направлении на центр Галактики и представляет собой аналог того, как будет выглядеть на конечных стадиях звездной эволюции Солнце с Юпитером. Возможно, более половины белых карликов сохраняют удаленные планеты, по массе сопоставимые с массой Юпитера, однако судьба внутренних планет вроде Земли при этом остается довольно неопределенной.
Земля спустя 5 млрд лет с большой вероятностью окажется внутри раздувшейся звездной оболочки и будет поглощена Солнцем, хотя может и уцелеть. Впрочем, еще задолго до этого жизнь на ней станет невозможна. На какое-то время, исчисляемое миллионами лет, обитаемыми могут стать спутники планет-гигантов вроде Юпитера и Сатурна, однако к моменту превращения звезды в сжавшийся белый карлик они тоже неизбежно остынут, и вся звездная система окажется мертвой.
«Наше исследование подтверждает, что планеты, вращающиеся на достаточно большом расстоянии от звезды, могут уцелеть после ее смерти, — поясняет Джошуа Блэкман из Университета Тасмании в Австралии, ведущий автор этой статьи. — Учитывая, что эта система является аналогом нашей собственной Солнечной системы, можно предположить, что Юпитер и Сатурн могут пережить смерть Солнца, когда у него закончится ядерное топливо и оно пройдет через фазу красного гиганта».
«Будущее Земли может быть не таким радужным, потому что она расположена намного ближе к Солнцу, — отмечает его соавтор Дэвид Беннетт из Мэрилендского университета и Центра космических полетов имени Годдарда NASA. — Человечество могло бы переместиться на какой-нибудь спутник Юпитера или Сатурна еще до того, как Солнце сожжет Землю во время своей фазы красного гиганта, однако мы все равно останемся на околосолнечной орбите и со временем лишимся тепла от Солнца, когда оно сожмется в белый карлик».
Белый карлик — это то, чем становятся после своей смерти звезды так называемой Главной последовательности, по массе сопоставимые с Солнцем. На последних стадиях своего звездного цикла звезда сжигает весь водород в своем ядре и сильно раздувается, затем происходит коллапс, звезда сжимается в белый карлик, все, что от нее остается, — это горячее плотное ядро размером с Землю, вдвое меньше по массе, чем прежнее Солнце. Поскольку эти компактные звездные трупы по своим размерам очень малы и за неимением ядерного топлива не могут уже ярко светиться, их довольно трудно обнаружить. Еще сложнее найти уцелевшие планеты белых карликов, находящиеся на дальних орбитах.
«Это первое обнаружение планеты, вращающейся вокруг белого карлика, сделанное с использованием метода гравитационного микролинзирования, — объясняет Джошуа Блэкман, — но наверняка не последнее».
Сам белый карлик в силу того, что его светимость слишком ничтожна, обнаружить пока не удалось, однако астрономы смогли исключить альтернативные варианты — что планета вращается вокруг невидимой черной дыры или нейтронной звезды.
В 2020 году другая группа астрономов с помощью иного метода — отслеживая прохождение объекта на фоне родительской звезды (транзитный метод) — при наблюдениях с помощью космического телескопа TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) также открыла экзопланету, похожую на Юпитер, у белого карлика WD 1856+534 в созвездии Дракона на расстоянии свыше 80 световых лет от Солнца. Однако планета WD 1856 b расположена довольно близко к белому карлику, и такой случай вряд ли можно назвать типичным, хотя близость планеты к белому карлику, конечно, способствовала ее обнаружению. MOA-2010-BLG-477Lb находится от белого карлика на расстоянии, почти в три раза превышающем расстояние между Землей и Солнцем, что делает ее первой известной планетой, которая занимает орбиту, подобную Юпитеру, у белого карлика. WD 1856 b, напротив, обращается вокруг своего белого карлика за 1,4 дня, это заставляет предположить, что планета мигрировала в свое текущее положение уже после смерти своей звезды — хотя конкретный механизм подобного перемещения еще предстоит разгадать.
Эндрю Вандербург из Массачусетского технологического института, возглавлявший группу, открывшую WD 1856 b, сказал в интервью газете New York Times, что выводы нового исследования кажутся ему убедительными. Он также отметил, что планеты с удаленными орбитами возле белых карликов, вероятно, более многочисленны, чем объекты с близкими орбитами, однако последний тип экзопланет проще обнаружить.
Новые открытия позволяют также порассуждать о поисках внеземной жизни в подобных местах и оценить потенциальную обитаемость систем белых карликов. Лиза Кальтенеггер, директор Института Карла Сагана при Корнеллском университете, которая также входила в группу астрономов, обнаруживших WD 1856 b, предположила, что некоторые звездные системы, на которых когда-то возникала жизнь, могут проходить через новый этап возрождения жизни уже в системах белых карликов: «Я нахожу это исследование захватывающим, потому что оно добавляет все больше свидетельств в пользу возможности выживания планет при смерти звезды, а это позволяет задуматься о будущем космоса. Если планеты могут пережить смерть своих звезд, то может ли на них сохраниться жизнь?»
Умирающие звезды на стадии красного гиганта испускают опасное излучение, звездные ветры, их системы испытывают небывалую турбулентность, которая может уничтожить жизнь. Однако некоторые спекулятивные сценарии, которые позволяют сохранить обитаемость систем белых карликов, все же существуют.
«Если человечество каким-то образом сохранится через пять миллиардов лет, то у нас, вероятно, будет больше шансов пережить фазу красного гиганта Солнца на спутниках Юпитера, а не на Земле», — считает Джошуа Блэкман.
Можно представить себе планету, достаточно удаленную от звезды, ставшей на какое-то время красным гигантом, которая уже в то время, когда родительская звезда превратиться в белый карлик, постепенно сблизится с ней и будет получать достаточно тепла для того, чтобы там снова могла существовать вода в жидком виде. А если бы жизнь возникла на спутнике Юпитера Европе, которая может содержать подледный океан, согретый приливными силами планеты-гиганта, то она потенциально могла бы выжить и на большем расстоянии от звезды.