Землеподобная планета у мертвого солнца дает надежду
Открытие планеты, похожей на Землю, на расстоянии 4000 световых лет от нас в галактике Млечный Путь, дает представление об одной из возможных судеб нашей планеты через миллиарды лет, когда солнце превратится в белого карлика, а взорванная и замерзшая Земля переместится за орбиту Марса.
Эта далекая планетная система, обнаруженная астрономами Калифорнийского университета в Беркли после наблюдений с помощью 10-метрового телескопа Keck на Гавайях, выглядит очень похожей на систему Солнце-Земля: она состоит из белого карлика массой примерно в половину массы Солнца и спутника размером с Землю на орбите в два раза больше, чем сегодня на Земле.
Такова, вероятно, судьба Земли. Солнце в конечном итоге раздуется, как воздушный шар, по размеру превышающий сегодняшнюю орбиту Земли, и поглотит Меркурий и Венеру. По мере того как звезда расширяется и превращается в красного гиганта, ее уменьшающаяся масса заставит планеты мигрировать на более отдаленные орбиты, что даст Земле небольшую возможность выжить дальше от Солнца. В конце концов, внешние слои красного гиганта будут сдуты, и после него останется плотный белый карлик размером не больше планеты, но с массой звезды. Если Земля выживет к тому времени, она, вероятно, окажется на орбите, в два раза превышающей ее нынешний размер.
Открытие, которое будет опубликовано в журнале Nature Astronomy, рассказывает ученым об эволюции звезд главной последовательности, таких как Солнце, от фазы красного гиганта до белого карлика и о том, как это влияет на планеты вокруг них. Некоторые исследования предполагают, что для Солнца этот процесс может начаться примерно через 1 миллиард лет, в конечном итоге испарив земные океаны и удвоив радиус орбиты Земли — если расширяющаяся звезда не поглотит нашу планету первой.
В конце концов, примерно через 8 миллиардов лет внешние слои Солнца рассеются, и после них останется плотный светящийся шар — белый карлик, масса которого составляет примерно половину массы Солнца, но по размерам он меньше Земли.
"В настоящее время у нас нет единого мнения о том, сможет ли Земля избежать поглощения красным гигантом Солнцем через 6 миллиардов лет", - сказал руководитель исследования Кеминг Чжан, бывший докторант Калифорнийского университета в Беркли, который в настоящее время является научным сотрудником Эрика и Венди Шмидт в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Диего.
"В любом случае, планета Земля будет пригодна для жизни еще около миллиарда лет, и в этот момент океаны Земли испарятся из—за безудержного парникового эффекта - задолго до того, как возникнет риск быть поглощенными красным гигантом".
Эта планетная система является одним из примеров планеты, которая выжила, хотя она находится далеко за пределами обитаемой зоны тусклого белого карлика и вряд ли может содержать жизнь. Возможно, в какой-то момент на ней были пригодные для жизни условия, когда ее хозяином все еще была звезда, похожая на солнце.
"Сможет ли жизнь выжить на Земле в течение этого периода (красного гиганта), неизвестно. Но, безусловно, самое важное - это то, что Солнце не поглотит Землю, когда она станет красным гигантом", - сказала Джессика Лу, доцент кафедры астрономии Калифорнийского университета в Беркли. "Эта система, обнаруженная Кемингом, является примером планеты — вероятно, похожей на Землю, которая первоначально находилась на орбите, близкой к Земной, - которая пережила фазу красного гиганта у своей звезды—хозяина".
Микролинзирование делает звезды ярче в тысячу раз
Далекая планетная система, расположенная вблизи выпуклости в центре нашей галактики, привлекла внимание астрономов в 2020 году, когда она прошла перед более удаленной звездой и увеличила свет этой звезды в 1000 раз. Гравитация системы действовала подобно линзе, фокусирующей и усиливающей свет от звезды на заднем плане.
Команда, обнаружившая это "явление микролинзирования", назвала его KMT-2020-BLG-0414, потому что оно было обнаружено Корейской сетью микролинзирующих телескопов в Южном полушарии. Увеличение фоновой звезды — также находящейся в Млечном Пути, но примерно в 25 000 световых годах от Земли — по-прежнему было лишь точечным.
Тем не менее, изменение его интенсивности в течение примерно двух месяцев позволило команде оценить, что система включала звезду массой примерно в половину массы Солнца, планету массой примерно с Землю и очень большую планету, примерно в 17 раз превышающую массу Юпитера — вероятно, коричневого карлика. Коричневые карлики - это неудавшиеся звезды, масса которых чуть меньше той, которая необходима для запуска термоядерного синтеза в ядре.
Анализ также показал, что планета, похожая на Землю, находилась на расстоянии от 1 до 2 астрономических единиц от звезды, то есть примерно в два раза больше расстояния между Землей и Солнцем. Было неясно, что это за звезда-носитель, потому что ее свет терялся в ярком свете увеличенной фоновой звезды и нескольких близлежащих звезд.
Чтобы определить тип звезды, Чжан и его коллеги, в том числе астрономы из Калифорнийского университета в Беркли Джессика Лу и Джошуа Блум, более внимательно изучили систему линзирования в 2023 году с помощью 10-метрового телескопа Keck II на Гавайях, который оснащен адаптивной оптикой для устранения размытия в атмосфере. По словам Лу, поскольку они наблюдали за системой через три года после события линзирования, фоновая звезда, которая когда-то была увеличена в 1000 раз, стала достаточно слабой, чтобы линзирующая звезда была видна, если бы это была типичная звезда главной последовательности, такая как Солнце.
Но Чжан ничего не обнаружил на двух отдельных снимках Кека.
"Наши выводы основаны на исключении альтернативных сценариев, поскольку обычную звезду было бы легко увидеть", - сказал Чжан. "Поскольку линза темная и имеет малую массу, мы пришли к выводу, что это может быть только белый карлик".
"Это тот случай, когда ничего не видеть на самом деле интереснее, чем увидеть что-то", - сказал Лу, который занимается исследованием явлений микролинзирования, вызванных свободно плавающими черными дырами звездной массы в Млечном Пути.
Поиск экзопланет с помощью микролинзирования
Это открытие является частью проекта Чжана по более тщательному изучению явлений микролинзирования, которые указывают на присутствие планеты, чтобы понять типы звезд, вокруг которых вращаются экзопланеты.
"Здесь нужна определенная удача, потому что можно было бы ожидать, что менее чем одна из 10 звезд с микролинзированием и планетами будут белыми карликами", - сказал Чжан.
Новые наблюдения также позволили Чжану и его коллегам устранить неясность относительно местоположения коричневого карлика.
"Первоначальный анализ показал, что коричневый карлик находится либо на очень широкой орбите, как у Нептуна, либо в пределах орбиты Меркурия. Планеты-гиганты на очень маленьких орбитах на самом деле довольно распространены за пределами Солнечной системы", - сказал Чжан, имея в виду класс планет, называемых горячими Юпитерами. "Но поскольку теперь мы знаем, что он вращается вокруг остатка звезды, это маловероятно, так как он был бы поглощен".
Неоднозначность моделирования вызвана так называемым вырождением микролинзирования, когда две различные конфигурации линз могут приводить к одному и тому же эффекту линзирования. Это вырождение связано с тем, которое Чжан и Блум обнаружили в 2022 году, используя метод искусственного интеллекта для анализа моделирования микролинзирования. Чжан также применил ту же технику искусственного интеллекта, чтобы исключить альтернативные модели для KMT-2020-BLG-0414, которые, возможно, были пропущены.
"Микролинзирование превратилось в очень интересный способ изучения других звездных систем, которые невозможно наблюдать и детектировать обычными средствами, то есть транзитным методом или методом определения лучевой скорости", - сказал Блум. "Существует целый ряд миров, которые сейчас открываются перед нами через канал микролинзирования, и самое интересное, что мы стоим на пороге поиска экзотических конфигураций, подобных этой".
Одной из целей римского телескопа НАСА "Нэнси Грейс", запуск которого запланирован на 2027 год, является измерение кривых блеска при микролинзировании для поиска экзопланет, многие из которых потребуют дальнейшего изучения с помощью других телескопов, чтобы определить типы звезд, на которых расположены экзопланеты.
"Что требуется, так это тщательное наблюдение с использованием лучших в мире средств, таких как адаптивная оптика и обсерватория Кека, не только через день или месяц, но и через много-много лет после того, как объектив удалится от звезды на заднем плане, чтобы вы могли начать понимать, что вы видите, - сказал Блум.
Чжан отметил, что даже если Земля будет поглощена во время фазы красного гиганта Солнца примерно через миллиард лет, человечество может найти убежище во внешней части Солнечной системы. Несколько спутников Юпитера, таких как Европа, Каллисто и Ганимед, а также Энцелад, вращающийся вокруг Сатурна, по-видимому, имеют океаны замерзшей воды, которые, вероятно, будут таять по мере расширения внешних слоев красного гиганта.
"Когда солнце превратится в красного гиганта, обитаемая зона сместится вокруг орбит Юпитера и Сатурна, и многие из этих спутников станут планетами с океанами", - сказал Чжан. "Я думаю, в этом случае человечество могло бы мигрировать туда".
