Насколько безжизненны планеты вокруг белых и коричневых карликов?

  Дата публикации: 9 Июнь 2013 l автор:

В ближайших окрестностях Солнечной системы хватает и коричневых, и белых карликов, но то, насколько они пригодны для жизни, пока остаётся предметом весьма жарких дискуссий.

Астрономы, ведомые Рори Барнсом (Rory Barnes) из Вашингтонского университета в Сиэтле (США), полагают, что белые и коричневые карлики вряд ли могут быть названы подходящими кандидатами для поддержания жизни на вращающиеся вокруг них планетах.


Как видим, вокруг белых и коричневых карликов планета может просуществовать в зоне обитаемости (показана синим и и коричневым) до 8 млрд лет. С точки зрения авторов, это говорит о неустойчивости жизни на таких планетах. Правда, у Земли на неизменной орбите нет и такого времени. (Здесь и ниже илл. R. Barnes et al.)

Проанализировав условия, необходимые для поддержания обитаемости на планетах в системах белых карликов, которые образуются после завершения жизненного цикла нормальных звёзд, равно как и коричневых карликов — субзвёздных тел, недостаточно массивных для поддержания термоядерных реакций, учёные пришли к выводу, что особенности излучения белых карликов и необычная природа коричневых существенно затруднят возникновение и существование жизни на таких планетах.

Во-первых, отмечают астрономы, поверхность белых карликов обычно очень сильно разогрета, оттого они излучают свет с меньшей длиной волны, чем, скажем, наше Солнце. Такой свет сильнее отражается планетарной поверхностью. Так, альбедо полярных шапок Земли, вращайся она вокруг белого карлика, было бы намного выше, и куда бóльшая часть получаемого звёздного света отражалась бы от них, уходя в космос. В общем, чтобы избежать глобального оледенения, планете с жидкой водой нужно находиться под боком у белого карлика, дабы она получала очень много ультрафиолетового излучения, опасного для всего живого. Как полагают авторы работы, тот ультрафиолет будет разлагать водяные пары в атмосфере на водород и кислород, постепенно лишая планету её воды и возможности поддержания жизни.

Во-вторых, из-за такой близости она будет подвержена приливному захвату, то есть, скорее всего, будет постоянно смотреть на звезду одной стороной, что ослабит магнитосферу, защищающую поверхность от космической радиации.

На постоянно отвёрнутой от светила ночной стороне воздух должен замерзать, постепенно ослабляя атмосферу планеты. Конечно, он может оставаться в меру нагретым, но лишь при условии плотной атмосферы с неплохим содержанием углекислого газа — много бóльшим, чем на Земле.

К тому же, отмечают авторы, излучение от белого карлика, равно как и от коричневого, не будет расти со временем, как у звезды по имени Солнце, в которой термоядерные реакции сейчас идут интенсивнее, чем при её рождении, а через несколько миллиардов лет ещё и усилятся. Напротив, упомянутые карликовые объекты излучают накопленную ранее энергию, которая постепенно будет заканчиваться, делая их миры всё холоднее и холоднее, а значит, подвергая народившуюся жизнь угрозе вымирания.

На этом пункте остановимся поподробнее. На наш взгляд, авторы верно изложили суть проблемы, но забыли сравнить сроки «выхолаживания» планет в таких системах со сроками перегрева планет вокруг обычных звёзд, постепенно наращивающих светимость. Да, белые карлики остывают, но их плотность примерно в миллион раз больше, чем у нормальной звезды (до 1 000 тонн на кубический сантиметр); она так высока, что тепло от них просто не может эффективно рассеиваться за короткое время. Зона обитаемости вокруг среднего по параметрам белого карлика располагается на расстоянии, вчетверо большем, чем Луна удалена от Земли (~0,01 а. е.), и в таком случае устойчивая зона обитаемости там будет поддерживаться примерно 8 млрд лет подряд.

Чтобы читатель лучше осознал значение этой цифры, напомним, что Земля существует всего 4,5 млрд лет и примерно через 200 млн должна стать необитаемой из-за роста светимости Солнца. Кроме того, проведённое ранее моделирование показало, что наша планета, находись она на орбите в 1,6 млн км от белого карлика (при температуре его поверхности в 5 000 К), получала бы лишь в 1,65 раз больше ультрафиолета, чем сегодня. Иными словами, в горных районах Земли уже давно и счастливо живут именно в таких условиях. Причём каких-то катастрофических последствий от повышенного УФ там не наблюдается, как, кстати, и слишком бурной потери водяного пара за счёт его разложения на водород и кислород.
.

Скорость изменения светимости белых карликов (вверху) и коричневых (внизу) на протяжении их жизненного цикла.

Ситуация с коричневыми карликами похожа. Да, они тоже остывают со временем, но длительность их «замерзания» с максимально возможных 3 000 К до минимальных 300 К тем больше, чем выше масса таких тел. Поэтому для действительно массивных коричневых карликов, массой в десятки Юпитеров, остывание может занять миллиарды лет — то есть опять-таки потягаться с длительностью существования биосферы на Земле. И самое главное: по мере падения температуры потери тепла с излучением падают настолько опережающими темпами, что основную часть своего жизненного цикла коричневые карлики проведут с более устойчивым излучением, чем, скажем, Солнце. Более того, поскольку альбедо планетарной поверхности в ИК-диапазоне, в котором излучают коричневые карлики, намного меньше, чем для видимого света (в котором излучают звезды класса Солнца), даже при постепенном снижении обогрева от карлика глобальное оледенение будет менее вероятным, чем в подобном случае в Солнечной системе.

Можно ли как-то проверить степень жизнепригодности планет в таких системах? Более чёткое понимание обитаемости планет у белых карликов могут дать предлагаемые исследования их окрестностей с помощью планируемого к запуску в 2018 году космического телескопа «Джеймс Уэбб». А вот с коричневыми карликами всё сложнее — слишком уж малы их светимость и масса.

Отчёт об исследовании будет опубликован в журнале Astrobiology, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Space.Com. 

Источник: http://compulenta.computerra.ru/

Рекламный блок

Прокомментировать

Вы должны быть авторизованы для комментирования.