Что будет с солнцем после белого карлика
Может ли возникнуть жизнь рядом с белым карликом?
Когда жизнь звезды подходит к своему логическому завершению, она, прежде чем умереть, напоследок показывает настоящее космическое шоу, то уменьшаясь, то увеличиваясь в размерах. Проведенные наблюдения за похожими на Солнце звездами показывают, что приблизительно через 5 миллиардов лет наша звезда превратится в красный гигант, который практически вплотную приблизится к Земле, поглотив Меркурий и Венеру. После проведения ритуала “космического каннибализма”, Солнце полностью сбросит внешнюю оболочку в космос, окружив свое ядро — будущий белый карлик — планетарной туманностью. Но что же будет потом? Сможет ли какая-либо гипотетическая жизнь возникнуть на руинах Солнечной системы?
Участь белого карлика рано или поздно ожидает и наше Солнце
Жизнь рядом с белым карликом
Как уже упоминалось выше, белые карлики — это остатки небольших звезд, массы которых было недостаточно, чтобы превратиться в нейтронную звезду или черную дыру. Известно, что самым ближайшим белым карликом к нашей Солнечной системе является звезда Сириус В, которая находится от нас на расстоянии 8,6 световых лет. Несмотря на то, что в окрестностях Сириуса В не было найдено каких-либо планетоподобных объектов, ученые считают, что жизнь рядом с обнажившимся ядром красного гиганта вполне может появиться ввиду гораздо большей продолжительности жизни такого небольшого объекта даже по сравнению с нашим Солнцем. Исследователи считают, что потенциально обитаемая планета, освещаемая светом белого карлика, должна находится к своему светилу на расстоянии в 100 раз меньшем, чем Земля к Солнцу. Но как может возникнуть обитаемый мир на столь небольшом расстоянии, если бурное прошлое красного гиганта, которым еще совсем недавно мог обладать кажущийся безобидным белый карлик, должно было поглотить большинство своих же планет? Дело в том, что при уничтожении окружавших ту или иную звезду объектов, их газопылевые остатки могут со временем образовать так называемые планеты “второго поколения”, которые способны мигрировать к белому карлику уже после его появления. Известно, что большинство обнаруженных белых карликов содержит большое количество тяжелых материалов, что может указывать и на наличие скалистых планет, вращающихся вокруг своей миниатюрной звезды.
На планетах рядом с белыми карликами может возникнуть жизнь
Впервые вероятное наличие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды — белого карлика, было подтверждено в 2018 году, когда на орбите карликовой звезды J122859.93+104032.9 был найден уникальный объект, впоследствии признанный ядром бывшей планеты. От полного распада его смог защитить особенный состав, который включает в себя большое количество железа и никеля. Изучить найденную “планету” в скором времени сможет телескоп “Джеймса Уэбба”, который сможет оценить возможность существования хотя бы простейшей жизни на объектах, вращающихся вокруг белых карликов. Несмотря на то, что миры такого типа будут постоянно подвергаться опасности получить мощную дозу рентгеновского или ультрафиолетового излучения, исследователи считают, что вероятность нахождения землеподобной планеты рядом с карликовыми звездами можно оценить как 1:500, что, кстати говоря, представляет из себя очень даже неплохой результат.
В то время как весь научный мир ждет запуска телескопа “Джеймса Уэбба”, читатели Hi-News могут всегда оставаться в курсе последних научных открытий, обсуждая их вместе с единомышленниками в нашем чате в Telegram. Приглашаю вас присоединиться к их числу!
Белые карлики: жизнь после смерти
Через несколько миллиардов лет, когда Солнце исчерпает отпущенный ему запас водородного топлива и перейдет на куда более «горячую» реакцию ядерного расщепления гелия, его перегретая внешняя оболочка начнет расширяться, поглощая Меркурий, Венеру, Землю, Марс. Останется ли что-нибудь от Солнечной системы, когда Солнце сожжет свои запасы гелия и превратится из красного гиганта в белого карлика?
Пример белого карлика GD 362 показывает, что жизнь после смерти действительно возможна. Как показали спектрограммы, сделанные обсерваториями Gemini North и IRTF и на Мауна-Кеа на Гавайях, в спектре белого карлика присутствуют линии, выявляющие избыток кальция и чрезвычайно большую долю инфракрасного излучения, сообщает New Scientist SPACE со ссылкой на Astrophysical Journal (статья доступна также как astro-ph/0509193).
Присутствие в спектрограмме кальция может быть объяснено разве что пылью, продолжающей падать на поверхность белого карлика, а избыток инфракрасного излучения является следствием наличия вокруг него тонкого и крайне прозрачного пылевого диска радиусом до миллиона километров. Очевидно, что именно этот диск и является главным поставщиком пыли для GD 362.
Сравнительные размеры белого карлика GD 362 с потенциальным пылевым диском, Сатурна и Земли (изображение с сайта www.gemini.edu. Автор: Jon Lomberg)
Собственно, этот пылевой диск и есть главная загадка белого карлика. Дело в том, что такое образование должно существовать не более нескольких сот лет, после чего оно полностью исчезает в недрах усопшей звезды. Тот факт, что белый карлик остывает уже как минимум пять миллиардов лет, позволяет предположить, что что-то постоянно «подпитывает» звезду. Вероятно, где-то в системе остался крупный «астероид, а может быть и планета», каким-то образом переживший превращение GD 362 в красного гиганта, а затем разорванный и буквально перемолотый гравитационным полем звезды. Эта пыль, падающая на поверхность белого карлика, и не дает выгореть ему до конца. По крайней мере, в пользу этой версии говорит модель, построенная Эриком Беклином (Eric Becklin) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Результаты моделирования, кстати, решают проблему других белых карликов, в спектре которых присутствует большая примесь металлов (а это — каждый четвертый известный астрономам белый карлик). Очевидно, что все они когда-то обладали собственными планетными системами. А значит, доля потенциальных колыбелей жизни в Галактике может оказаться гораздо выше распространенных оценок.
После смерти от Солнца останется твердый сияющий кристалл, заявляют ученые
Новости партнеров
Анализ данных, собранных спутником ESA «Gaia», показал, что белые карлики, остатки звезд, подобных нашему Солнцу, начинают кристаллизоваться в какой-то момент их жизненного цикла, и многие из них уже обладают ядром из твердого кислорода и углерода. Это процесс подобен превращению воды в лед, но протекает при гораздо более высоких температурах. Результаты исследования представлены в журнале Nature.
«Получено первое прямое доказательство того, что белые карлики кристаллизуются или переходят из жидкого состояния в твердое. Эти объекты выдают определенные яркость и цвет. Обнаружение затвердевших белых карликов было предсказано пятьдесят лет назад, но лишь сегодня мы смогли их идентифицировать», – рассказывает Пьер-Эммануэль Трамбле, ведущий автор исследования из Уорикского университета (Великобритания).
Белые карлики – тлеющие и остывающие миллиарды лет космические «угольки», которые остаются после того, как красные гиганты сбрасывают свои внешние слои. Они являются одними из старейших звезд во Вселенной. Такие объекты невероятно полезны для астрономов, так как их предсказуемый жизненный цикл позволяет использовать белые карлики в качестве космических часов для оценки возраста групп соседних светил с высокой степенью точности, поэтому понимание их эволюции играет решающую роль в этих расчетах.
В рамках исследования команда астрономов отобрала 15 тысяч белых карликов, удаленных от Земли на расстояние до 300 световых лет. Затем они выявили несколько групп, в которых находится большое количество звезд с определенными цветом и светимостью, но при этом с различными массами и возрастами. Сравнив полученные данные с эволюционными моделями светил, ученые получили убедительные доказательства замедления остывания, то есть кристаллизации исследуемых белых карликов.
Дело в том, что, если посмотреть на скопление таких объектов, то, как правило, можно увидеть огромный разброс их температур, поскольку белые карлики в них образовывались в разное время и, следовательно, охлаждались по-разному. Однако кристаллизация вызывает заметное замедление остывания и приводит к тому, что при определенной температуре (температуре кристаллизации) в группе будет больше белых карликов, чем при других. Предполагается, что в некоторых случаях «мертвые» звезды замедляют свое старение на 2 миллиарда, то есть на 15 процентов возраста нашей Галактики.
«Все белые карлики кристаллизуются в какой-то момент своей эволюции, и более массивные из них проходят через этот процесс раньше. Это означает, что тысячи белых карликов в Млечном Пути уже по сути являются кристаллическими сферами на небе. Это ожидает Солнце примерно через 10 миллиардов лет», – пояснил Пьер-Эммануэль Трамбле.
Кристаллизация – это процесс перехода вещества в твердое состояние, при котором его атомы образуют упорядоченную структуру. При экстремальных давлениях в ядрах белых карликов атомы упакованы настолько плотно, что их электроны становятся несвязанными, плавающими в горячей плазме. Когда ядро охлаждается примерно до 10 миллионов градусов, выделяется достаточно энергии, чтобы «жидкость» начала затвердевать, образуя металлическое ядро с углеродной оболочкой.
«Мы сделали большой шаг вперед в определении точного возраста холодных и старых белых карликов, проживающих в Млечном Пути. Благодаря точным измерениям «Gaia» теперь у нас не 200 белых карликов с точно известными расстояниями и светимостью, а более 200 тысяч», – заключил Пьер-Эммануэль Трамбле.
Как умирают белые карлики
Белые карлики – это небесные тела, которые образуются, когда звезды вроде нашего Солнца заканчивают свой жизненный путь, израсходовав все топливо, создавая огромное облако газов – туманность. В ее центре находится горячее маленькое ядро – белый карлик. Горячее означает, что температура его составляет более ста тысяч градусов, постепенно падая на протяжении миллионов и миллионов лет.
Сказать, что белые карлики очень необычные тела – ничего не сказать. Карлик размером с Землю имеет плотность миллион тонн на квадратный метр, то есть горстка «почвы» с его поверхности будет весить тонн 200-300. Поэтому белый карлик размером с Землю на самом деле весит как наше Солнце.
Когда взрывается уже сам белый карлик, образуется сверхновая – космическое тело, которое, по мнению ученых, ответственно за образование материи во вселенной и так называемую «темную» материю, которую ученые не могут обнаружить, но которая по их мнению занимает большую часть космического пространства.
Температуры, которые достигаются в процессе такого взрыва, не поддаются воображению. Достаточно сказать, что порядок их – многие миллионы градусов. При взрыве в центре карлика образуется «пузырь» диаметром около 10-50 километров. За секунду он увеличивается на полторы-две тысячи километров, двигаясь к поверхности космического тела. При этом давление и температура настолько высоки, что происходит детонация ядерного материала белого карлика.
Космические явления, по-моему, настолько загадочные и экстремальные явления, что просто становится страшно. Лучше их наблюдать очень издалека или на экране компьютера… Процесс образования сверхновой в качестве подопытного был выбран учеными не случайно. Такие явления происходят вокруг нас постоянно с равной периодичностью, поэтому, изучая их в модели и реальности исследователи пытаются определить, как образовалась и расширилась наша вселенная в разные периоды своей истории.
Белый карлик и судьба Солнечной системы
При помощи Очень Большого Телескопа Европейской южной обсерватории ESO астрономы впервые доказали наличие гигантской планеты у белого карлика. Планета обращается вокруг горячего белого карлика на близком расстоянии, отчего она теряет атмосферу, которая образует вокруг звезды газовый диск. Эта уникальная система, возможно, дает представление о том, как в далеком будущем может выглядеть и наша Солнечная система. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, кратко о них сообщает пресс-релиз ESO.
«Это один из тех счастливых случаев, когда открытие делается в результате везения», — говорит руководитель исследования Борис Гёнзике (Boris Gänsicke) из Уорвикского университета. Его группа обследовала около 7000 белых карликов из Слоуновского цифрового обозрения неба (Sloan Digital Sky Survey). Один из них оказался не похожим на другие. Проанализировав очень слабые изменения светового потока от звезды, астрономы нашли в ее спектре следы химических элементов в таких количествах, в каких они никогда ранее у белых карликов не наблюдались.
Чтобы лучше изучить свойства необычной звезды, обозначающейся WDJ0914+1914, группа наблюдала ее с приемником X-shooter на Очень Большом Телескопе ESO в чилийской пустыне Атакама. Эти наблюдения подтвердили присутствие в спектре белого карлика водорода, кислорода и серы. Исследовав тонкие детали спектра, полученного с приемником ESO «X-shooter», группа обнаружила, что эти элементы находятся в газовом диске, аккрецирующем на белый карлик, а не составляют часть самой звезды. «Нам понадобилось несколько недель очень напряженной работы, чтобы понять, что единственный способ, которым может образоваться такой диск, — это испарение гигантской планеты», — говорит Маттиас Шрайбер (Matthias Schreiber) из университета Вальпараисо.
Зарегистрированные количества водорода, кислорода и серы очень напоминают те, которые обнаруживаются в глубоких слоях атмосферы гигантских ледяных планет, таких как Нептун и Уран. Если бы такая планета обращалась на близком расстоянии от горячего белого карлика, его мощное ультрафиолетовое излучение должно было бы сорвать ее внешнюю атмосферу, и тогда часть этого сорванного газа образовала бы вращающийся диск, аккрецирующий на поверхность белого карлика. Как думают исследователи, именно это они и наблюдают в случае WDJ0914+1914: первую испаряющуюся планету на орбите вокруг белого карлика.
Соединяя данные наблюдений с теоретическими моделями, группа астрономов из Великобритании, Чили и Германии смогла создать более ясную картину процессов, происходящих в этой уникальной системе. Белый карлик имеет малые размеры и очень высокую температуру поверхности: 28 000 градусов Цельсия, что впятеро горячее Солнца. Планета же, напротив, ледяная и большая — как минимум вдвое больше своей звезды. Так как она обращается вокруг горячего белого карлика на близком расстоянии, с периодом обращения всего 10 дней, высокоэнергетическое излучение звезды постепенно сдувает с планеты ее атмосферу. Большая часть газа улетает в пространство, но некоторая часть его стягивается в диск, закручивающийся и вихрем втягивающийся в звезду: каждую секунду на поверхность звезды выпадает 3000 тонн газа. Именно этот диск делает видимой нептуноподобную планету, которая иначе осталась бы скрытой от глаз наблюдателей.
«Это открытие, кроме всего прочего, открывает новую возможность взглянуть на то, как заканчивается судьба планетных систем», — добавляет Гёнзике. Такие звезды, как наше Солнце, в течение большей части своей жизни сжигают в своих недрах водород, из которого они состоят. Когда это горючее заканчивается, звезды раздуваются и превращаются в красные гиганты — их размеры при этом увеличиваются в сотни раз и относительно близкие к ним планеты поглощаются их оболочками. В случае Солнечной системы такая судьба постигнет Меркурий, Венеру и даже Землю — все они примерно через 5 миллиардов лет будут поглощены превратившимся в красного гиганта Солнцем. В конечном итоге солнцеподобные звезды сбрасывают в пространство внешние слои своих атмосфер, и на их месте остаются только их выгоревшие ядра — это и есть белые карлики. У такого остатка звезды всё еще могут существовать планеты. По-видимому, в нашей Галактике существует много таких звездных систем. Но до сих пор ученым еще никогда не удавалось получить свидетельство существования гигантской планеты, пережившей стадию красного гиганта и обращающейся вокруг белого карлика. Экзопланета, обнаруженная у WDJ0914+1914 — звезды, расположенной на расстоянии около 1500 световых лет от нас в созвездии Рака, может быть первой из многих планет такого типа.
Согласно данным исследования, найденная при помощи приемника ESO «X-shooter» экзопланета обращается вокруг белого карлика на расстоянии всего в 10 миллионов километров, то есть 15 солнечных радиусов. При таком радиусе орбиты на стадии красного гиганта она оказалась бы глубоко внутри него. Необычное положение планеты означает, что в некоторый момент после того, как ее материнская звезда превратилась в белый карлик, планета приблизилась к звезде. Астрономы считают, что новая орбита могла быть результатом гравитационных взаимодействий с другими планетами системы, а это значит, что стадию красного гиганта могли пережить и другие планеты этой звезды.
«До недавнего времени очень мало кто из астрономов задумывался о судьбе планет, обращающихся вокруг гибнущих звезд. Открытие планеты, обращающейся на близком расстоянии от выгоревшего звездного ядра, убедительно демонстрирует, как Вселенная снова и снова бросает нам вызов и заставляет выходить за рамки устоявшихся взглядов и идей», — заключает Гёнзике.