«Это первый шанс увидеть, как выглядит планетарная система после гибели звезды».
Космический телескоп имени Джеймса Уэбба уже доказал, что умеет заглядывать в прошлое, снимая объекты на огромных расстояниях, но новый прорыв может привести к тому, что этот мощный прибор будет действовать почти как научный хрустальный шар, заглядывая в далёкое будущее Солнечной системы.
Предсказание Уэббу удалось сделать благодаря прямому обнаружению двух планет вне нашей Солнечной системы, т.н. «экзопланет»,- вращающихся вокруг двух разных мёртвых звёзд, белых карликов.
Мало того, что планеты сильно напоминают газовые гиганты Солнечной системы — Юпитер и Сатурн, белые карлики также намекают на дальнейшую судьбу Солнца. Когда Солнце само превратится в белого карлика, эта трансформация, скорее всего, уничтожит внутренние планеты Солнечной системы — вплоть до Юпитера.
«Вокруг белых карликов было обнаружено очень мало планет. Что необычно в этих двух планетах-кандидатах, так это то, что они более похожи на планеты нашей внешней Солнечной системы по температуре, возрасту, массе и орбитальному расстоянию, чем все ранее обнаруженные планеты», — рассказала Сьюзан Маллалли, ведущий автор исследования, которое ещё не прошло рецензирование, и астроном из Научного института космического телескопа. «Это первый шанс увидеть, как выглядит планетарная система после гибели звезды».
Снимок нашего будущего
Кандидаты в планеты были напрямую изучены прибором среднего инфракрасного диапазона (MIRI) Уэбба, когда они обращались вокруг белых карликов WD 1202-232 и WD 2105-82. Один из кандидатов в экзопланеты находится на расстоянии от своего хозяина, белого карлика, примерно в 11,5 раз превышающем расстояние между Землёй и Солнцем. Другой кандидат находится дальше от своего мёртвого звёздного родителя, на расстоянии, примерно в 34,5 раза превышающем расстояние между нашей планетой и звездой.
Массы планет в настоящее время точно не известны, но Маллалли и его коллеги предполагают, что они в 1-7 раз больше массы Юпитера, самой массивной планеты Солнечной системы.
Когда, примерно через 5 миллиардов лет, Солнце исчерпает запасы топлива для процессов ядерного синтеза, идущих в его ядре, оно превратится в красного гиганта. Однако ядерный синтез будет продолжаться в его внешних слоях. В результате внешние слои нашей звезды протянутся вплоть до Марса, поглотят Меркурий, Венеру, Землю и, возможно, и саму красную планету. В конце концов, эти внешние слои остынут, оставив после себя тлеющее звёздное ядро, теперь уже белый карлик, окружённый планетарной туманностью из истощённой звёздной материи.
Однако эти обнаруженные экзопланеты намекают на то, что может произойти с планетами за пределами Марса, газовыми гигантами Юпитером и Сатурном, когда Солнце умрёт.
«Ожидается, что через 5 миллиардов лет наше Солнце превратится в белого карлика», — говорит Маллалли. «Мы ожидаем, что после смерти звезды планеты будут смещаться наружу, на более широкие орбиты. Так что если отмотать в изучаемой нами системе время назад, то можно ожидать, что орбитальные расстояния у этих кандидатов на звание планет будут сравнимы с таковыми у Юпитера и Сатурна».
«Если нам удастся подтвердить существование этих планет, они станут прямым доказательством того, что планеты, подобные Юпитеру и Сатурну, могут пережить смерть своей звезды-хозяина».
Кроме того, белые карлики, лежащие в основе этого открытия, загрязнены элементами тяжелее водорода и гелия, которые астрономы называют «металлами». Это может намекнуть на то, что произойдёт с телами в поясе астероидов между Марсом и Юпитером после гибели Солнца.
«Мы подозреваем, что планеты-гиганты вызывают загрязнение металлами, притягивая кометы и астероиды и направляя их на поверхность звёзд», — объясняет Маллалли. Существование этих планет подтверждает теоретическую связь между металлическим загрязнением и планетами». Поскольку от 25% до 50% белых карликов загрязнены подобным образом, это означает, что вокруг белых карликов часто встречаются гигантские планеты».
Таким образом, любые астероиды, пережившие смерть Солнца, могут оказаться на поверхности звезды трудами Юпитера и Сатурна.
Это двойное открытие впечатляет не только тем, что оно предсказывает будущее нашей планетарной системы, но и просто представляет собой редкое научное достижение.
Редкое прямое обнаружение экзопланет
С момента открытия первых экзопланет в середине 1990-х годов астрономы обнаружили около 5 000 миров, вращающихся вокруг звёзд за пределами Солнечной системы. По данным Планетарного общества, по состоянию на апрель 2020 года только 50 из этих экзопланет были обнаружены с помощью прямых снимков.
Это связано с тем, что любой свет от планеты на таких огромных расстояниях обычно подавляется интенсивным светом родительской звезды планеты, поэтому прямое наблюдение за экзопланетой похоже на наблюдение за светлячком, сидящим на зажжённой лампе маяка.
В результате экзопланеты обычно находят благодаря тому, как они влияют на свет своей звезды — либо вызывая провал в графике светового потока при пересечении (транзите) диска звезды, либо благодаря «колебательному» движению, возникающему при гравитационном воздействии планеты на звезду.
«Мы получили прямое изображение этих двух экзопланет, что означает, что мы сделали их снимок и видим свет, производимый самой планетой», — сказал Маллалли. «Большинство обнаруженных экзопланет были найдены с помощью транзитного метода или путём измерения движения звезды. Эти косвенные методы, как правило, позволяют находить планеты гораздо ближе к звезде. Прямая съёмка позволяет находить планеты на большем расстоянии от звезды, на больших орбитальных расстояниях».
Она пояснила, что, обнаружив эти планеты напрямую, Уэбб открыл возможность для дальнейшего изучения этих миров; теперь учёные могут начать исследовать такие вещи, как состав атмосфер планет, и напрямую измерить их массу и температуру.
Маллали добавила, что не всё, что она и её команда обнаружили в этих экзопланетах, было ожидаемым, и что эти причуды могут изменить представление астрономов о подобных экзопланетах в целом.
Кроме того, странные особенности этих планет могут дать интригующие подсказки в области давно разыскиваемых экзоспутников – спутников экзопланет.
«Если это планеты, то удивительно, что они не такие красные в среднем инфракрасном диапазоне, как мы могли бы ожидать. Количество света, собранного Уэббом в диапазонах 5 и 7 микрон, больше, чем мы могли бы ожидать для обоих кандидатов в экзопланеты, учитывая их возраст и то, насколько они ярки в области 15 микрон», — заключил Маллалли. Это может поставить под сомнение наше понимание физики и химии атмосфер экзопланет. Или же это может означать, что существует другой источник света, например, нагретая луна, вращающаяся вокруг планеты».
Исследование команды доступно в виде препринта на сайте репозитория исследований arXiv.
