В поисках признаков жизни вокруг мертвых звезд — новое исследование

Когда Солнце эволюционирует, чтобы стать звездой-красным гигантом, Земля может быть поглощена атмосферой нашей звезды, а при гораздо более нестабильном солнечном ветре даже упругие и защитные магнитосферы внешних планет-гигантов могут быть удалены. 

Исследование дает астрономам новое понимание, которое ищет признаки жизни вокруг этих мертвых звезд, исследуя влияние, которое их ветры будут оказывать на вращающиеся планеты во время перехода звезды в стадию белого карлика. В исследовании делается вывод о том, что для жизни практически невозможно пережить катастрофическую звездную эволюцию, если на планете не будет очень сильного магнитного поля — или магнитосферы — которое может защитить ее от худших воздействий.

В случае с Землей частицы солнечного ветра могут разрушать защитные слои атмосферы, которые защищают людей от вредного ультрафиолетового излучения. Магнитосфера Земли действует как щит, отводящий частицы своим магнитным полем. Не все планеты имеют магнитосферу, но Земля создается ее железным ядром, которое вращается как динамо-машина, создавая свое магнитное поле.

«Мы знаем, что в прошлом солнечный ветер разрушал атмосферу Марса, которая, в отличие от Земли, не имеет крупномасштабной магнитосферы. Чего мы не ожидали обнаружить, так это того, что солнечный ветер в будущем может нанести такой же вред даже тем планетам, которые защищены магнитным полем », — говорит доктор Алин Видотто из Тринити-колледжа в Дублине, соавтор исследования.

У всех звезд в конечном итоге заканчивается доступный водород, который питает ядерный синтез в их ядрах. Затем ядро ​​Солнца сжимается и нагревается, что приводит к огромному расширению внешней атмосферы звезды до «красного гиганта». Затем Солнце вытянется до диаметра в десятки миллионов километров, поглотив внутренние планеты, возможно, включая Землю. В то же время потеря массы звезды означает, что у нее более слабое гравитационное притяжение, поэтому оставшиеся планеты удаляются дальше.

Во время фазы красных гигантов солнечный ветер будет намного сильнее, чем сегодня, и будет сильно колебаться. Верас и Видотто смоделировали ветры 11 различных типов звезд с массой от одного до семи масс нашего Солнца.

Их модель продемонстрировала, как плотность и скорость звездного ветра, в сочетании с расширяющейся планетной орбитой, с течением времени альтернативно сжимаются и расширяются магнитосферы планеты. Чтобы любая планета могла сохранять свою магнитосферу на всех этапах звездной эволюции, ее магнитное поле должно быть как минимум в сто раз сильнее, чем текущее магнитное поле Юпитера.

Процесс звездной эволюции также приводит к смещению обитаемой зоны звезды, которая представляет собой расстояние, на котором планета может иметь правильную температуру для поддержания жидкой воды. В нашей Солнечной системе обитаемая зона сместится от примерно 150 миллионов км от Солнца, где в настоящее время расположена Земля, до 6 миллиардов км, то есть за пределы Нептуна. Хотя вращающаяся по орбите планета также меняет положение во время фаз гигантских ветвей, ученые обнаружили, что обитаемая зона перемещается наружу быстрее, чем планета, создавая дополнительные проблемы для любой существующей жизни, надеющейся выжить в этом процессе.

В конце концов красный гигант теряет всю свою внешнюю атмосферу, оставляя после себя плотный остаток горячего белого карлика. Они не излучают звездные ветры, поэтому, когда звезда достигает этой стадии, опасность для выживших планет исчезает.

Доктор Верас говорит, что «это исследование демонстрирует, насколько сложно планете поддерживать свою защитную магнитосферу на протяжении всей фазы гигантской ветви звездной эволюции».

«Один из выводов состоит в том, что жизнь на планете в обитаемой зоне вокруг белого карлика почти наверняка будет развиваться во время фазы белого карлика, если только эта жизнь не сможет противостоять множеству экстремальных и внезапных изменений в окружающей среде».

Будущие миссии, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба, который должен быть запущен в конце этого года, должны больше узнать о планетах, вращающихся вокруг белых карликов, в том числе о том, показывают ли планеты в их обитаемых зонах биомаркеры, указывающие на присутствие жизни, поэтому исследование предоставляет ценный контекст для любого потенциальные открытия.

Пока не найдено ни одной планеты земного типа, которая могла бы поддерживать жизнь вокруг белого карлика, но два известных газовых гиганта находятся достаточно близко к обитаемой зоне своей звезды, чтобы предположить, что такая планета могла существовать. Эти планеты, вероятно, приблизились к белому карлику в результате взаимодействия с другими планетами, находящимися дальше.

Доктор Верас добавляет, что «эти примеры показывают, что планеты-гиганты могут приближаться очень близко к обитаемой зоне. Зона обитаемости для белого карлика очень близка к звезде, потому что они излучают гораздо меньше света, чем звезды, подобные Солнцу. Однако белые карлики также являются очень устойчивыми звездами, поскольку у них нет ветра. Планета, припаркованная в зоне обитания белых карликов, может оставаться там миллиарды лет, давая время для развития жизни при подходящих условиях ».