Водные планеты у белых карликов могут быть хорошими кандидатами для поиска жизни

Маленький размер и тусклый свет белых карликов — остатков звёзд, израсходовавших своё топливо, — могут создать отличный фон для изучения планет с достаточным количеством воды для жизни.

Сложность — обнаружить тень планеты на фоне бывшей звезды, которая сжалась до доли своего размера, и подтвердить, что это планета, сохранившая водные океаны миллиарды лет, даже пережившая взрывные и бурные последние стадии эволюции звезды. Новое исследование динамики систем белых карликов предполагает, что теоретически некоторые водные планеты действительно могут пройти через все необходимые "небесные иголки", чтобы быть обнаруженными.

Астрономы, изучающие экзопланеты на признаки жизни, собирают данные, когда планеты транзитом проходят перед своей звездой. Они используют свет звезды, прошедший через тонкий слой атмосферы планеты, чтобы определить, какие элементы и молекулы присутствуют.

Крупная звезда, бурлящая от полномасштабного термоядерного синтеза, может создавать "загрязнённый" и сложный для наблюдения сигнал. Поэтому планета, вращающаяся вокруг меньшего и более спокойного белого карлика, упрощает задачу.

"Белые карлики настолько малы и однородны, что если землеподобная планета пройдёт перед ними, можно будет гораздо лучше охарактеризовать её атмосферу", — говорит профессор астрономии Джульетта Бекер, ведущий автор исследования. — "Сигнал от атмосферы планеты будет гораздо более сильным и чётким, потому что большая доля наблюдаемого света проходит именно через то, что мы хотим изучить".

Первое серьёзное препятствие для такой планеты — пережить последние стадии эволюции звезды малой или средней массы. Этот процесс может быть разрушительным.

Когда такие звёзды, как наше Солнце, исчерпывают топливо для реакций синтеза в ядре, они расширяются до огромных размеров.

"По сути, происходит два импульса, во время которых звезда увеличивается до 100 раз своего нормального радиуса", — объясняет Бекер. — "В этой фазе, которую можно назвать Фазой Разрушения №1, она поглотит любые планеты в пределах этого радиуса".

Даже если водная планета избежит поглощения, опасность не миновала. За расширением звезды следует потеря её массы и резкий всплеск светимости.

"Тот факт, что звезда становится намного ярче, означает, что у всех планет в системе, даже тех, что раньше были холодными во внешних областях, температура поверхности резко возрастёт", — говорит Бекер. — "Это может испарить их океаны и лишить их значительной части воды".

Согласно новому исследованию, землеподобной планете необходимо находиться на расстоянии не менее 5–6 астрономических единиц (1 а.е. — среднее расстояние от Земли до Солнца) от умирающей звезды, чтобы сохранить значительное количество воды через все стадии: расширение звезды, угрозу поглощения и бомбардировку излучением.

Следующее препятствие — "затишье после бури". В течение миллиарда или более лет буйная звезда сожмётся и остынет, превратившись в белый карлик.

"Если вы сможете быть достаточно далеко в это опасное время, чтобы не потерять поверхностную воду, это хорошо", — говорит Бекер. — "Но обратная сторона в том, что вы окажетесь так далеко от звезды, что вся вода превратится в лёд, а это не очень хорошо для жизни".

В итоге белый карлик станет настолько маленьким и холодным, что планета, получающая достаточно тепла для жидкой воды, должна будет находиться на расстоянии всего около 0.01 а.е. — очень близко, по сравнению с безопасной дистанцией в 5–6 а.е.

Один из способов так сильно изменить орбиту планеты — приливная миграция.

"Изменение орбиты планеты — это довольно обычное явление", — отмечает Бекер. — "При приливной миграции динамическая нестабильность в системе переводит одну из планет на высокоэллиптическую орбиту, подобную кометной, где она очень близко подходит к центральному телу, а затем снова улетает далеко".

Со временем такие орбиты стабилизируются, становясь менее эксцентричными, что может оставить планету очень близко к белому карлику.

"Если объединить все эти модели, становится ясно, что это опасное путешествие для планеты, и океанам сложно пережить этот процесс, но это возможно", — заключает Бекер.

Дальнейшее изучение потенциальных пар "белый карлик–планета" поможет уточнить шансы и направить распределение ограниченных ресурсов телескопов на поиск планет, способных поддерживать жизнь.

"Если мы обнаружим много белых карликов — хороших кандидатов для размещения потенциально обитаемых экзопланет, они могут стоить потраченного времени", — говорит Бекер. — "И эти теоретические методы помогут нам выбрать лучшие цели, чтобы мы не тратили слишком много времени на неинтересные из них".