10 миллиардов звезд в нашей галактике могут иметь пригодные для жизни планеты

Космический телескоп Джеймса Уэбба уже увидел планеты-кандидаты, вращающиеся близко от белых карликов. Значит планета может пережить жестокий финал своей звезды.

После того, как звезда, похожая на Солнце, сбрасывает свои внешние слои, ее ядро сжимается в белого карлика, который имеет размеры Земли, но его масса около половины массы Солнца. Согласно сегодняшним оценкам в Млечном Пути находится около 10 миллиардов таких «тлеющих угольков», и более 97% всех звезд заканчивают свою жизнь примерно таким образом.

Аомава Шилдс из Калифорнийского университета в Ирвайне и его коллеги задались вопросом, могут ли такие тусклые звезды поддерживать жизнь.

«Хотя белые карлики все еще могут выделять некоторое количество тепла от остаточной ядерной активности во внешних слоях, в их ядрах больше не происходит ядерного синтеза. По этой причине не так много внимания уделялось способности этих звезд принимать обитаемые экзопланеты», — объяснил Шилдс. — «Наше компьютерное моделирование показывает, что если на их орбитах существуют каменистые планеты, на их поверхности жизнь может развиваться».

Команда использовала трехмерную климатическую модель, которая обычно используется для окружающей среды Земли, чтобы сравнить климат двух гипотетических планет, покрытых океаном, с атмосферами, подобными земным. Две экзопланеты были смоделированы так, чтобы находиться на орбитах вокруг двух разных звезд.

Одна экзопланета была помещена в так называемую обитаемую зону гипотетического белого карлика с температурой 5000 К, который прошел большую часть своего жизненного цикла и находится на медленном пути к звездной смерти.

Для сравнения они поместили другую экзопланету в обитаемую зону вокруг звезды главной последовательности, известной как Kepler-62. Это звезда-карлик класса K, которая имеет такую же температуру как белый карлик, но все еще активно синтезирует водород в своем ядре. Kepler-62 находится на той же стадии развития, что и наше Солнце.

Предполагалось, что обе смоделированные планеты находятся в приличном захвате: одно полушарие всегда повернуто к звезде, а на другом — вечная ночь. Такая конфигурация типична для миров, которые находятся близко к небольшим звездам.

Несмотря на то, что они получают одинаковое количество звездного света в целом, климат двух тестовых экзопланет оказался принципиально разным.

Планета вращается вокруг белого карлика каждые 10 часов. Эта близкая орбита, для планеты дает 10-часовой день, что намного быстрее на Земле, и намного быстрее, чем 155-дневный цикл второй планеты, вращающейся вокруг Kepler-62.

Быстрое вращение вызывает мощные ветры, которые переносят тепло с дневной стороны на ночную и обратно. Эти ветры сдувают толстые, отражающие облака, которые имеют тенденцию собираться над горячим полушарием медленно вращающейся планеты.

В результате планета, вращающаяся вокруг белого карлика, оказалась на своей поверхности примерно на 25°C теплее, чем планета, вращающаяся вокруг Kepler-62.

«Мы ожидаем, что вращение экзопланеты, находящейся в приливном захвате в обитаемой зоне обычной звезды, такой как Kepler-62, создаст более плотный облачный покров на дневной стороне планеты, отражая излучение от поверхности планеты», — отметил Шилдс.

Обычно это хорошо для планет, вращающихся близко к внутреннему краю обитаемых зон своих звезд, где довольно жарко. Там облака могут спасти океаны от испарения. Но для планеты, вращающейся посередине обитаемой зоны, это скорее плохо..

Модель показала, что планеты у белого карлика оказывается в заметном выигрыше: меньшее количество облаков на дневной стороне пропускает больше солнечного света, в то время как более сильные парниковые газы на ночной стороне удерживают исходящее тепло.

«Планета, вращающаяся вокруг Kepler-62, имеет так много облаков, что она слишком сильно охлаждается, жертвуя при этом драгоценной пригодной для жизни площадью поверхности», — продолжил Шилдс. — «С другой стороны, планета, вращающаяся вокруг белого карлика, вращается так быстро, что у нее никогда не бывает времени нарастить столько же облачного покрова на своей дневной стороне, поэтому она сохраняет больше тепла, и это работает в ее пользу».

В совокупности более высокая температура и эффективная циркуляция тепла распространяют благоприятные условия на большую часть планеты, вращающейся вокруг белого карлика.

Этот результат важен, потому что поверхность вблизи терминатора — кольца вечного заката между днем и ночью — часто предлагает наилучшие перспективы для жизни в мирах, находящихся в приливном захвате.

Планеты на орбите вокруг белых карликов больше не являются гипотетическими. В 2020 году астрономы обнаружили WD 1856+534 b, объект размером с Юпитер, который совершает оборот вокруг своего белого карлика каждые 34 часа, не разрываясь на части.

В 2024 году телескоп Уэбба напрямую обнаружил еще двух кандидатов в газовые гиганты, вращающихся вокруг белых карликов.

«Эти результаты свидетельствуют о том, что звездная среда белого карлика, которая когда-то считалась негостеприимной для жизни, может открыть новые возможности для исследователей экзопланет и астробиологии», — сказал Шилдс. — «Поскольку появились мощные возможности для наблюдения за атмосферой экзопланет и астробиологией, мы можем вступить в новую фазу, в которой мы изучаем совершенно новый класс миров вокруг звезд, на которые прежде не обращали внимание».

Белый карлик остывает миллиарды лет, предоставляя любой близкой планете стабильный источник света на гораздо более долгий срок, чем оставшаяся продолжительность жизни Солнца.

С десятью миллиардами этих звезд, разбросанных по нашей галактике Млечный Путь, даже крошечная часть, имеющая умеренные по климату каменистые миры, превращается в огромное количество потенциальных мест обитания.

Следующий шаг ясен: направить Джеймса Уэбба и телескопы нового поколения на самые яркие белые карлики, поймать транзит и прочитать атмосферные отпечатки. Если модели верны, призрачное свечение умирающей звезды поможет обнаружить живую планету.