В двойных звёздных системах формируется подавляющее большинство звёзд во Вселенной, в то время как звёзды-одиночки, подобные Солнцу, представляют собой скорее редкость. В качестве одного из компонентов таких систем могут выступать белые карлики – это остатки ядер звёзд, обычно сопоставимые по размеру с Землёй. Другими участниками могут быть более крупные звёзды-компаньоны. На коротких орбитах вокруг белых карликов астрономы нередко обнаруживают экзопланеты, значительно превосходящие размеры самих «бывших звёзд» и чудесным образом избежавшие разрушения. Американские астрономы и физики объяснили, как возникают эти объекты.
В 2020 году международная команда астрономов сообщила об открытии первой в истории экзопланеты, вращающейся вокруг белого карлика WD 1856+534. Она получила обозначение WD 1856+534 b и расположена на расстоянии 80 световых лет от Земли.
Благодаря данным, полученным с космического телескопа TESS, ученые установили, что WD 1856+534 b по размеру практически сравнима с Юпитером и больше белого карлика примерно в семь раз (радиус «бывший звезды» всего на 40 процентов больше земного). Масса экзопланеты — 13,8 массы Юпитера.
Позднее выяснилось, что период обращения экзопланеты вокруг своей звезды составляет приблизительно 34 часа, что эквивалентно 1,4 дня. Она находится на удалении всего около трех миллионов километров (0,02 астрономической единицы) от белого карлика.
Согласно различным физическим моделям, любая экзопланета, приблизившись на такое расстояние к белому карлику, не должна остаться нетронутой. Как правило, планеты формируются на орбите вокруг своих звезд из того же газопылевого диска, из которого рождается само светило, как это произошло в Солнечной системе. Но во время такого процесса не может появиться мир, который располагался бы так близко к будущему белому карлику, поскольку гравитационное притяжение звезд настолько сильно, что разорвало бы молодую планету на части. Однако WD 1856+534 b каким-то образом уцелела, и многие ученые пытаются найти объяснение тому, как появляются подобного рода объекты.
Белые карлики представляют собой заключительный этап развития звезды. Такому состоянию приходят звезды, масса которых недостаточна для формирования нейтронной звезды, то есть не превышает 10 солнечных масс. После того, как эти звезды расширяются, превращаясь в красных гигантов, и сбрасывают внешние слои, остается плотное, остывающее ядро, которое больше не генерирует энергию посредством термоядерных реакций. Белые карлики характеризуются высокой гравитацией на поверхности и, как правило, имеют размер, сопоставимый с размером Земли. Их масса может варьироваться от 0,17 до 1,44 солнечной массы.
В своей статье, опубликованной в 2020 году, ученые, обнаружившие WD 1856+534 b, высказали предположение, что гравитационное воздействие белого карлика, вероятно, привлекло экзопланету спустя период после того, как звезда завершила фазу красного гиганта. В противном случае от экзопланеты не сохранилось бы никаких следов.
Авторы новой научной работы, опубликованной на сайте электронного архива препринтов arXiv, по мнению ученых, WD 1856+534 b имел иную историю развития. Они считают, что этот объект возник непосредственно на орбите вокруг звезды WD 1856+534.
Многие белые карлики образуются в бинарных системах, в двойных звёздных системах присутствуют два объекта, один из которых – бывшая звезда, а второй – более массивное светило. Эти тела удерживаются гравитацией и совершают вращение по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. При небольшом расстоянии между компонентами двойной системы белый карлик, характеризующийся высокой поверхностной гравитацией, начнёт притягивать вещество созвездия, что приведёт к его постепенному «угасанию».
Группа американских астрономов и физиков во главе с Джейсоном Нордхаусом ( Jason Nordhaus) ученые из Рочестерского технологического института разработали модель звездной эволюции. Согласно ее результатам, гибель звезды-компаньона белого карлика WD 1856+534 могла спровоцировать формирование планеты, сопоставимой по размерам с Юпитером.
Моделирование показало, что если бы звезда-компаньон белого карлика имела массу, сопоставимую с солнечной (то есть немного меньше массы Солнца), то два объекта приблизились бы настолько, что орбита белого карлика оказалась бы полностью заключенной внутри орбиты более массивного компаньона. В процессе обхода внешних, слабо выраженных слоев звезды, плотный белый карлик постепенно поглощал бы плазму звезды.
Вращение белого карлика привело бы к образованию газопылевого аккреционного диска, состоящего из вещества его компаньона. Гравитационная нестабильность этого диска могла бы спровоцировать формирование планеты. Позже энергия, излучаемая белым карликом и новой планетой, рассеяла бы остатки газа.
Оценить гипотезу, выдвинутую командой Нордхауса, затруднительно. Получить убедительные свидетельства того, что экзопланета сформировалась из вещества умирающего светила, представляется маловероятным. Теоретически, можно провести анализ химического состава WD 1856+534 b и WD 1856+534, чтобы выявить сходство в их элементах, однако на данный момент астрономы не располагают приборами, способными выполнить подобное исследование.
Экзопланеты, расположенные рядом с белыми карликами, представляют значительный научный интерес, так как эти «угасшие звезды» характеризуются более низкой температурой, что потенциально может обеспечить подходящие условия для существования жизни, известной нам. К примеру, самые древние белые карлики достигают температуры около 2000 кельвинов, что почти вдвое ниже, чем у Солнца. Что касается планеты WD 1856+534 b, то максимальная температура на её поверхности не превышает 17 градусов Цельсия. Это сопоставимо с земными значениями.