Долгоживущие обитаемые зоны белых карликов: неожиданное открытие астрономов

Новое исследование Мануэля Баррьентоса и его коллег из Университета Оклахомы показало, что от 0,6% до 2,5% белых карликов в окрестностях Солнечной системы замедляют своё остывание, что может продлить существование обитаемых зон вокруг них на миллиарды лет. Ключевую роль в этом играет изотоп неон-22, который, после углерода и кислорода, является наиболее распространённым элементом в составе белых карликов.

Если содержание неона-22 в белом карлике превышает 2,5% от его массы, при кристаллизации ядра запускается процесс «эффекта дистилляции». Исследователи выяснили, что кристаллы, формирующиеся в ядре, содержат меньше неона-22, чем окружающая их жидкость. Это делает кристаллы легче, заставляя их всплывать, подобно пузырькам в лавовой лампе. При плавлении таких кристаллов высвобождается колоссальная гравитационная энергия, что замедляет остывание карлика на срок до 10 миллиардов лет.

Неон-22 образуется в процессе термоядерных реакций на стадии горения гелия в звёздах-предшественниках. Азот-14, созданный CNO-циклом, преобразуется в неон-22. Таким образом, белые карлики, рождённые из богатых металлами звёзд (с высоким содержанием углерода, азота и кислорода), содержат больше этого изотопа.

Для проверки теории учёные проанализировали данные около 4000 звёзд из каталога Hypatia, содержащего спектроскопические измерения объектов в радиусе 500 парсек от Солнца. Используя модель звездной эволюции MESA, они смоделировали количество неона-22 в остатках белых карликов. Предсказания совпали с наблюдениями космического телескопа Gaia, обнаружившего аномальную концентрацию карликов на «Q-ветви» диаграммы Герцшпрунга — Рассела. Около 6% массивных белых карликов словно «зависли» в стадии охлаждения, создавая «космическую пробку». Подтверждением также стали данные о скорости движения звёзд: объекты на Q-ветви двигаются быстрее, чем предполагает их наблюдаемый возраст, что указывает на их реальный возраст и замедленное остывание.

Интересно, что «обогащённые» неоном белые карлики чаще встречаются вблизи центра Млечного Пути (7,6% в радиусе 2 килопарсек) и реже — на окраинах галактики (1% на расстоянии 8–10 килопарсек). Это связано с тем, что металличность звёзд возрастает к центру Галактики, повышая шансы образования неоновых карликов. Следовательно, долгоживущие обитаемые зоны вероятнее найти во внутренних регионах Млечного Пути.

Открытие меняет представления об астробиологии. Ранее белые карлики считались «мёртвыми» светилами, но теперь ясно, что их обитаемые зоны могут существовать дольше, чем у многих звёзд главной последовательности. Планеты в таких зонах находятся дальше от карлика, избегая разрушительных приливных сил. Это значительно расширяет число потенциальных убежищ для жизни в Галактике, где уже насчитываются миллиарды белых карликов.

Исследование также объясняет аномалии в данных: избыток массивных белых карликов вблизи Солнца может быть следствием их повышенной светимости в период «задержки» остывания, что делает их более заметными для телескопов.

Дальнейшие наблюдения с помощью инструментов вроде JWST и будущих миссий могут проверить, действительно ли планеты вокруг белых карликов способны поддерживать жизнь. Учёные также планируют изучить, как металличность и возраст галактик влияют на распространённость долгоживущих обитаемых зон.

Открытие заставляет пересмотреть стратегии поиска внеземной жизни. Если обитаемые зоны белых карликов существуют миллиарды лет, у жизни есть достаточно времени для возникновения и эволюции. Кроме того, компактные размеры белых карликов облегчают обнаружение потенциальных планет транзитным методом. Учёные надеются, что следующее поколение телескопов сможет обнаружить атмосферы таких планет, что станет ключевым шагом в поиске биосигнатур. Возможно, ответ на вопрос «Одни ли мы во Вселенной?» скрыт именно возле этих древних звёздных остатков.