Astrofysikere ved University of Leiden (Nederland) Michel Kama og Alessandro Patruno beviste at planeter egnet for livet kan eksistere rundt nøytronstjerner. I nærvær av visse forhold finner superjordene PSR B1257 + 12 d og PSR B1257 + 12 c, som fikk navnene Fobetor og Poltergeist, seg i den beboelige sonen til PSR B1257 + 12-stjernen, kalt Lich. Studien om dette emnet ble publisert av forfatterne i en av de spesialiserte publikasjonene.
For øyeblikket vet forskere om tre tusen nøytronstjerner, men bare to av dem har pålitelig planetariske systemer, og noen kan ha slike systemer. Det skal bemerkes at de første eksoplaneter ble oppdaget nettopp i nærheten av en nøytronstjerne. Det skjedde i 1991. Funnet ble gjort av den polsk-amerikanske radioastronom A. Wolschan, som oppdaget to eksoplaneter i nærheten av PSR B1257 + 12 - Fobetor og Poltergeist. Hver av dem er omtrent fire ganger tyngre enn planeten vår. Et år senere ble dette funnet bekreftet av den kanadiske astronomen Dale Frail.
Etter en tid ble det oppdaget en annen eksoplanett, PSR B1257 + 12 b, der, som viste seg å være 50 ganger lettere enn Jorden. Den ligger veldig nær en nøytronstjerne, så forholdene på den er ikke egnet selv for det mest ekstreme liv. Når det gjelder Poltergeist, er denne eksoplaneten 4,3 ganger tyngre enn jorden, på overflaten når temperaturen 51-652 Kelvin. Planeten kretser rundt pulsaren i en avstand på 0,36 astronomiske enheter med en periode på 66 dager. Den andre eksoplaneten, Phobetor, er lenger fra pulsaren og litt tyngre enn Poltergeisten.
Selve stjernen PSR B1257 + 12 ligger i stjernebildet Jomfruen, i en avstand på 2,3 tusen lysår fra planeten vår. Den er omtrent 1,4 ganger tyngre enn sola, men omtrent 125 billioner ganger mindre enn den (pulsars radius er bare 10 kilometer). Astronomer anslår alderen til PSR B1257 + 12 til omtrent en milliard år, det vil si at pulsaren er fire ganger yngre enn Solen. Stjernen roterer med en periode på 0,06 sekunder, høye kraft røntgenstråler kommer fra den inn i det omkringliggende rommet. Man trodde tidligere at livet på disse to exoplanetene var umulig, men Patruno og Kama var i stand til å bevise at dette ikke var tilfelle.
Dannelsen av nøytronstjerner skjer som et resultat av en supernovaeksplosjon, hvoretter det ofte er nok materie i bane til å danne en protoplanetær disk. I tillegg til PSR B1257 + 12 pulsar, ble det også oppdaget eksoplaneter rundt PSR J1719-1438. Den karbonrike satellitten PSR J1719-1438 b kan godt ha tidligere vært en hvit dverg. Forskere innrømmer også at det kan eksistere et asteroidbelte i nærheten av PSR J1937 + 21. I tillegg tolker forskere noen astronomiske fenomener, spesielt GRB 101225A gamma-ray burst, som en kollisjon av en nøytronstjerne og en asteroide eller komet.
Forskere har tradisjonelt identifisert tre typer planeter som kan være i nærheten av nøytronstjerner. Den første typen inkluderer typiske planeter, som er et biprodukt av stjernedannelse og som dannet seg allerede før supernovaeksplosjonen og utseendet til selve nøytronstjernen. Den andre typen inkluderer planeter som er dannet fra saken som var igjen etter en supernovaeksplosjon nær en nøytronstjerne. Planeter av den tredje typen er planeter som ble dannet fra saken om en ødelagt satellitt av en nøytronstjerne (for eksempel PSR J1719-1438 b). Denne typen er typisk for satellitter av millisekundstjerner, spesielt for PSR B1257 + 12 og PSR J1719-1438.
Forskere spekulerer i at planeter rundt nøytronstjerner er unntaket snarere enn regelen. Høyenergi-gamma og røntgenstråler, så vel som den såkalte pulsarvinden, kan ødelegge enhver gjenstand over en periode fra en million til en milliard år. Samtidig har en relativt liten himmellegeme, som er langt nok fra stjernen, en sjanse til å opprettholde en stabil bane i lang tid. På grunn av det store antallet nøytronstjerner i seg selv (omtrent en milliard dollar) i Melkeveien, når antallet pulsarer med planeter, på grunn av dette relativt få antall pulsarer med planeter, 10 millioner.
Planetære systemer i nærheten av pulsarer trenger ikke å være lik de som finnes i nærheten av hovedsekvensstjerner. Så for eksempel defineres en planetes levedyktighet vanligvis av begreper som likevektens overflatetemperatur, den gitte strålingsenergien mottatt fra vertsstjernen. Denne energien blir beregnet ved en første tilnærming når svartkroppsstråling når sitt maksimum i det optiske, infrarøde eller ultrafiolette området. I dette tilfellet identifiseres typiske beboelige soner i en avstand fra noen få aksjer til astronomiske enheter.
Salgsfremmende video:
Den beboelige sonen, som er mye mindre i størrelse enn i nærheten av stjernene i hovedsekvensen, er beregnet for hvite dverger (Sola vil bli en gjenstand av denne typen om 8 milliarder år). Når stjernen på 3 milliarder år kjøler seg ned til en temperatur på omtrent 10 tusen kelvin, vil plasseringen av den beboelige sonen være i en avstand på 0,005-0,02 astronomiske enheter. Når det kommer til nøytronstjerner, tilsvarer den lyseste strålingen av svartkroppen røntgenstråler, når mange ioniserende partikler med høyt energi blir observert. Samtidig er ultrafiolett, optisk og infrarød stråling praktisk talt fraværende.
Forfatterne av studien brukte spesiell programvare som analyserer fotografier av PSR B1257 + 12-systemet, som ble oppnådd 3. mai 2007 ved bruk av Chandra røntgen-romteleskop. I tillegg brukte de observasjonsdata fra 22. mai 2005 for å sammenligne funnene med de fra andre forskere. I følge foreløpige estimater når overflatetemperaturen til pulsaren 1,1 millioner kelvin, og i nærheten av en brøkdel av astronomiske enheter kan det finnes en støvskive.
For mulig liv på Phobetor og Poltergeist, den viktigste faren og på samme tid, kan den viktigste varmekilden være røntgenstråler, noe som kan provosere en betydelig oppvarming av atmosfæren til planetene. Gamma og harde røntgenstråler trenger atmosfæren mye dypere enn myke røntgenstråler og ultrafiolett stråling. I tilfelle gasskonvoluttene er brede, kan imidlertid ikke farlig stråling nå planetens overflate.
I følge forutsetningene fra Kama og Patruno, burde planeter som kretser rundt isolerte pulsarer, utvikle seg som himmellegemer som kretser rundt hovedsekvensstjerner, som avgir sterke røntgenstråler tidlig i deres utvikling. På planeten vår blokkeres røntgenstråler raskt av termosfæren, der gass ioniseres når den samspiller med ultrafiolette og røntgenstråler. Dette laget har en ganske høy temperatur, som er hundretusenvis av Kelvin. Samtidig er dette laget ineffektivt som varmekilde fordi det er sjeldent.
I henhold til den allment aksepterte avhandlingen er den beboelige sonen området rundt en stjerne der en jordlignende planet (det vil si en planet som har en atmosfære av karbondioksid, nitrogen og vann) kan ha en tilstrekkelig mengde flytende vann på overflaten. Svært ofte en nødvendig, men utilstrekkelig forutsetning for planetenes levedyktighet, mener forskere at indikatoren for dens likevektstemperatur ikke faller under 270 kelvin. Kama og Patruno beregnet den beboelige sonen rundt pulsar PSR B1257 + 12 ved å bruke estimater for strålingen som nådde Phobetor og Poltergeist, og antok at likevektstemperaturen til de to superjordene er 175-275 Kelvin.
Dette er fullt mulig, siden atmosfæren til store planeter har en høyere temperaturgradient enn på Jorden, hvis atmosfære er ganske homogen. Basert på dette konkluderte forskerne med at hvis røntgenstråler er den viktigste energikilden for planetene, så er alle tre planetene i PSR B1257 + 12-systemet uegnet for livet, fordi det er for kaldt der. Men hvis vi tar hensyn til gammastråling som oppstår på grunn av pulsarvinden i atmosfæren til planetene, blir grensene for den beboelige sonen forskjøvet med en avstand på 2-5 astronomiske enheter.
Mellom disse to mulige scenariene er det et rom med parametere der Fobetor og Poltergeist faller inn i den beboelige sonen. I tillegg beviste forfatterne av studien at den eldste planeten som er kjent for mennesket - PSR B1620-26 - selv i det mest optimistiske tilfellet, ikke kan være beboelig. Når det gjelder pulsar PSR J1719-1438, har forskere for tiden for lite data om røntgenstråling, så ingen klare konklusjoner kan trekkes. I følge forskere er røntgenlysets lysstyrke for de fleste isolerte pulsarer med utstrømning av materie til en følgesvenn til en nøytronstjerne (den såkalte Bondi-Hoyle-akkresjonen) mye høyere enn for PSR B1257 + 12, som er atypisk i denne forstand.
Med andre ord for jordlignende planeter eksisterer den beboelige sonen rundt en nøytronstjerne i relativt kort tid. Og for superland med tett atmosfære, varer den beboelige sonen mye lenger. Forskere beregnet at hvis planeten vår var 1-10 astronomiske enheter fra PSR B1257 + 12, mens hvis atmosfæren utgjorde omtrent en prosent av massen til hele planeten, ville jorden miste sitt gassskall i ca. 10 millioner år. Under de samme forholdene ville superjordene med tykke atmosfærer mistet gasshyllen i løpet av en billion år.
Som forskerne bemerker, er ikke den største faren for atmosfæren røntgenstråler, men pulsarvind. De opptrer på et bestemt tidspunkt - det er en slags dødslinje som avgjør øyeblikket når nøytronstjernen slutter å produsere vind. I unge pulsarer skjer dette om en million år, og i millisekundstjerner, milliarder av år. Ifølge forskere eliminerer dette imidlertid kilden til planetens energi, som et resultat av at temperaturen synker kraftig, og enhver mulighet for å bestemme den beboelige sonen er utelukket. I dette tilfellet forblir imidlertid Bondi-Hoyle-akkresjonen, som kan generere nok røntgenstråling og dermed varme opp planeten. I tillegg kan temperaturen opprettholdes ved tidevannsoppvarming.
I tilfelle at rotasjonsaksen til nøytronstjernen og den magnetiske aksen sterkt avviker, kan det hende at pulsarvinden ikke når planetens overflate i det hele tatt. I ekvatorialplanet, der planetene ofte befinner seg, er det ingen pulsarvind, det er bare røntgenstråling. Forskere for et slikt tilfelle beregnet at atmosfæren til Phobetor og Poltergeist gjennom 850 millioner år har mistet omtrent 0,0005 jordmasser, som er omtrent 0,0001 av sin egen masse. Dette er veldig lite, spesielt hvis atmosfæren PSR B1257 + 12 d og PSR B1257 + 12 c står for, i henhold til den allment aksepterte antakelsen, omtrent en prosent av massen til planetene.
Denne studien gjør det ikke mulig å trekke entydige konklusjoner om at superjordene rundt PSR B1257 + 12 er innenfor den beboelige sonen. For øyeblikket er bestemmelsen umulig for pulsarer, inkludert nøytronstjernen PSR B1257 + 12. Samtidig viste studien at hvis Phobetor og Poltergeist har en kraftig og tett atmosfære, så teoretisk sett kan disse planetene være egnet for livet.
