Nature: открыта планета, показавшая судьбу Земли при расширении Солнца
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 в будущем, когда Солнце превратится в белого карлика, а взорванная и замерзшая Земля переместится за пределы орбиты Марса.
Эта далекая планетная система , обнаруженная астрономами Калифорнийского университета в Беркли после наблюдений с помощью 10-метрового телескопа Кека на Гавайях, очень похожа на ожидаемую систему Солнце-Земля: она состоит из белого карлика массой примерно в два раза меньше Солнца и спутника размером с Землю, вращающегося по орбите, вдвое большей, чем современная Земля.
Вероятно, такова судьба Земли. Солнце в конечном итоге раздуется, как воздушный шар, больше, чем сегодняшняя орбита Земли, поглотив Меркурий и Венеру в процессе. По мере того, как звезда расширяется, превращаясь в красного гиганта, ее уменьшающаяся масса заставит планеты мигрировать на более далекие орбиты, давая Земле слабую возможность выжить дальше от Солнца. В конце концов, внешние слои красного гиганта будут сдуты, оставив после себя плотный белый карлик размером не больше планеты, но с массой звезды. Если Земля к тому времени выживет, она, вероятно, окажется на орбите, вдвое большей, чем ее нынешний размер.
Открытие, которое будет опубликовано в журнале Nature Astronomy, рассказывает ученым об эволюции звезд главной последовательности, таких как Солнце, через фазу красного гиганта к белому карлику, 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 океаны Земли и удвоив радиус ее орбиты, если расширяющаяся звезда не поглотит нашу планету первым.
В конце концов, примерно через 8 миллиардов лет внешние слои Солнца рассеются, оставив после себя плотный светящийся шар — белый карлик, масса которого составляет примерно половину массы Солнца, но который по размеру меньше Земли.
«В настоящее время у нас нет единого мнения о том, сможет ли Земля избежать поглощения красным гигантским солнцем через 6 миллиардов лет», — сказал руководитель исследования Кэминг Чжан из Калифорнийского университета. «В любом случае планета Земля будет пригодна для жизни всего около миллиарда лет, после чего океаны Земли испарятся из-за неуправляемого парникового эффекта — задолго до того, как возникнет риск быть поглощенными красным гигантом».
Планетная система представляет собой один из примеров планеты, которая выжила, хотя она находится далеко за пределами обитаемой зоны тусклого белого карлика и вряд ли может быть средой обитания жизни. Возможно, в какой-то момент у нее были пригодные для жизни условия, когда ее хозяин все еще был звездой, похожей на Солнце.
«Неизвестно, сможет ли жизнь выжить на Земле в этот период (красного гиганта). Но, безусловно, самое важное то, что Земля не поглощается Солнцем, когда становится красным гигантом», — сказала Джессика Лу из Калифорнийского университета в Беркли. «Эта система, которую обнаружила Кеминг, является примером планеты — вероятно, планеты земного типа, изначально находившейся на орбите, похожей на Землю, — которая пережила фазу красного гиганта своей звезды-хозяина».
Далекая планетная система, расположенная вблизи выпуклости в центре нашей галактики, привлекла внимание астрономов в 2020 году, когда она прошла перед более далекой звездой и увеличила свет этой звезды в 1000 раз. Гравитация системы действовала как линза, фокусируя и усиливая свет от фоновой звезды.
Команда, которая обнаружила это «событие микролинзирования», назвала его KMT-2020-BLG-0414, поскольку оно было обнаружено Корейской сетью телескопов микролинзирования в Южном полушарии. Увеличение фоновой звезды — также в Млечном Пути, но примерно в 25 000 световых годах от Земли — все еще было всего лишь крошечной точкой света.
Тем не менее, его изменение интенсивности в течение примерно двух месяцев позволило команде оценить, что система включала звезду массой около половины массы Солнца, планету массой около Земли и очень большую планету массой около 17 масс Юпитера — вероятно, коричневый карлик. Коричневые карлики — это неудавшиеся звезды, масса которых немного меньше той, которая требуется для запуска термоядерной реакции в ядре.
Анализ также пришел к выводу, что планета, похожая на Землю, находилась на расстоянии от 1 до 2 астрономических единиц от звезды, то есть примерно в два раза большем расстоянии между Землей и Солнцем. Неясно, какой звездой была эта звезда, поскольку ее свет терялся в ярком свете увеличенной фоновой звезды и нескольких соседних звезд.
Чтобы определить тип звезды, Чжан и его коллеги, включая астрономов Калифорнийского университета в Беркли Джессику Лу и Джошуа Блума, более внимательно рассмотрели систему линзирования в 2023 году с помощью 10-метрового телескопа Keck II на Гавайях, который оснащен адаптивной оптикой для устранения размытия из-за атмосферы. Поскольку они наблюдали систему через три года после события линзирования, фоновая звезда, которая когда-то была увеличена в 1000 раз, стала достаточно слабой, чтобы линзирующая звезда могла быть видна, если бы это была типичная звезда главной последовательности, такая как Солнце, сказал Лу.
Однако Чжан ничего не обнаружил на двух отдельных снимках Кека.
«Наши выводы основаны на исключении альтернативных сценариев, поскольку обычная звезда была бы легко замечена», — сказал Чжан. «Поскольку линза одновременно темная и маломассивная, мы пришли к выводу, что это может быть только белый карлик».
«Это тот случай, когда не видеть ничего на самом деле интереснее, чем видеть что-то», — сказала Лу, которая ищет явления микролинзирования, вызванные свободно плавающими черными дырами звездной массы в Млечном Пути.
Открытие является частью проекта Чжана по более тщательному изучению событий микролинзирования, указывающих на присутствие планеты, с целью понять типы звезд, вокруг которых вращаются экзопланеты.
«Здесь есть доля удачи, поскольку можно было бы ожидать, что менее одной из десяти микролинзирующих звезд с планетами окажутся белыми карликами», — сказал Чжан.
Новые наблюдения также позволили Чжану и его коллегам разрешить неоднозначность относительно местоположения коричневого карлика.
«Первоначальный анализ показал, что коричневый карлик находится либо на очень широкой орбите, как у Нептуна, либо в пределах орбиты Меркурия. Гигантские планеты на очень малых 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 звездного остатка, это маловероятно, так как он был бы поглощен».
Неоднозначность моделирования вызвана так называемой вырожденностью микролинзирования, когда две различные конфигурации линзирования могут привести к одному и тому же эффекту линзирования. Эта вырожденность связана с той, которую Чжан и Блум обнаружили в 2022 году, используя метод ИИ для анализа моделирования микролинзирования. Чжан также применил ту же технику ИИ, чтобы исключить альтернативные модели для KMT-2020-BLG-0414, которые могли быть пропущены.
«Микролинзирование превратилось в очень интересный способ изучения других звездных систем, которые невозможно наблюдать и обнаруживать обычными способами, то есть транзитным методом или методом лучевой скорости», — сказал Блум. «Существует целый набор миров, которые теперь открываются нам через канал микролинзирования, и что волнительно, так это то, что мы находимся на грани обнаружения экзотических конфигураций, подобных этой».
Одной из целей телескопа НАСА «Нэнси Грейс Роман», запуск которого запланирован на 2027 год, является измерение кривых блеска в результате микролинзирования для поиска экзопланет, многие из которых потребуют последующего наблюдения с использованием других телескопов для определения типов звезд, на которых находятся экзопланеты.
«Необходимо тщательное наблюдение с использованием лучших в мире установок, то есть адаптивной оптики и обсерватории Кека, не просто через день или месяц, а через много-много лет в будущем, после того как линза отойдет от фоновой звезды, чтобы можно было начать различать то, 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 лун Юпитера, такие как Европа, Каллисто и Ганимед, а также Энцелад вокруг Сатурна, по-видимому, имеют замерзшие водные океаны, которые, вероятно, растают по мере расширения внешних слоев красного гиганта.
«По мере того, как Солнце становится красным гигантом, обитаемая зона сместится к орбитам Юпитера и Сатурна, и многие из этих лун станут планетами-океанами», — сказал Чжан. «Я думаю, в этом случае человечество могло бы мигрировать туда».
Обсудим?
Смотрите также:
