Даже на умирающих звездах могут быть планеты с жизнью, и если такая жизнь существует, мы сможем обнаружить ее в течение следующего десятилетия. Этот обнадеживающий результат получен в результате нового теоретического исследования земноподобных планет, вращающихся вокруг белых карликов. Исследователи обнаружили, что мы можем обнаружить кислород в атмосфере планеты белого карлика гораздо легче, чем в атмосфере планеты земного типа, вращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу.
«В поисках внеземных биологических сигнатур первыми звездами, которые мы изучаем, должны быть белые карлики», - сказал Ави Леб, теоретик Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и директор Института теории и вычислений..
Когда такая звезда, как Солнце, умирает, она сбрасывает свои внешние слои, оставляя после себя горячее ядро, называемое белым карликом. Типичный белый карлик размером с Землю. Он медленно остывает и со временем тускнеет, но может удерживать тепло достаточно долго, чтобы согревать близлежащий мир миллиарды лет.
Поскольку белый карлик намного меньше и слабее Солнца, планета должна быть намного ближе, чтобы быть пригодной для жизни с жидкой водой на ее поверхности. Пригодная для жизни планета будет вращаться вокруг белого карлика каждые 10 часов на расстоянии около миллиона миль.
Прежде чем звезда станет белым карликом, она превратится в красного гиганта, который поглотит и уничтожит ближайшие планеты. Следовательно, планета должна была попасть в обитаемую зону после того, как звезда превратилась в белого карлика. Планета может образоваться из остатков пыли и газа (что сделает ее миром второго поколения) или мигрировать внутрь с большего расстояния.
Если планеты существуют в обитаемых зонах белых карликов, нам нужно найти их, прежде чем мы сможем их изучить. Обилие тяжелых элементов на поверхности белых карликов говорит о том, что значительная их часть имеет каменистые планеты. Леб и его коллега Дэн Маоз (Тель-Авивский университет) подсчитали, что исследование 500 ближайших белых карликов может обнаружить одну или несколько пригодных для жизни Земель.
Лучший метод поиска таких планет - это транзитный поиск - поиск звезды, которая тускнеет, когда планета, вращающаяся вокруг нее, пересекает ее. Поскольку белый карлик примерно такого же размера, как Земля, планета размером с Землю блокировала бы большую часть своего света и создавала бы очевидный сигнал.
Что еще более важно, мы можем изучать только атмосферы транзитных планет. Когда свет белого карлика проходит через воздушное кольцо, окружающее силуэт диска планеты, атмосфера поглощает часть звездного света. Это оставляет химические отпечатки пальцев, показывающие, содержит ли этот воздух водяной пар, или даже признаки жизни, такие как кислород.
Астрономы особенно заинтересованы в поиске кислорода, потому что кислород в атмосфере Земли постоянно пополняется растительной жизнью посредством фотосинтеза. Если бы вся жизнь на Земле прекратилась, наша атмосфера быстро лишилась бы кислорода, который растворился бы в океанах и окислил бы поверхность. Таким образом, наличие большого количества кислорода в атмосфере далекой планеты будет сигнализировать о вероятном наличии там жизни.
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА (JWST), запуск которого запланирован на конец этого десятилетия, обещает обнаружить газы этих инопланетных миров. Леб и Маоз создали синтетический спектр, воспроизводящий то, что увидел бы JWST, если бы исследовал обитаемую планету, вращающуюся вокруг белого карлика. Они обнаружили, что и кислород, и водяной пар можно обнаружить всего за несколько часов общего времени наблюдения.
"JWST дает надежду найти обитаемую планету в ближайшем будущем", - сказал Маоз.
Недавнее исследование астрономов CfA Кортни Дрессинг и Дэвида Шарбонно показало, что ближайшая обитаемая планета, вероятно, вращается вокруг красного карлика (холодной маломассивной звезды, в которой происходит ядерный синтез). Поскольку красный карлик, хотя и меньше и тусклее Солнца, намного крупнее и ярче белого карлика, его сияние затмит слабый сигнал от атмосферы планеты, находящейся на орбите. JWST пришлось бы наблюдать сотни часов транзитов, чтобы иметь хоть какую-то надежду на анализ состава атмосферы.
«Хотя ближайшая обитаемая планета может вращаться вокруг красного карлика, ближайшая планета, которая, как мы можем легко доказать, может быть пригодной для жизни, может вращаться вокруг белого карлика», - сказал Леб..
Их статья была принята к публикации в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества.
Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики (CfA) со штаб-квартирой в Кембридже, штат Массачусетс, является совместным проектом Смитсоновской астрофизической обсерватории и обсерватории Гарвардского колледжа. Ученые CfA, объединенные в шесть исследовательских подразделений, изучают происхождение, эволюцию и окончательную судьбу Вселенной.