Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

PSR J1311–3430 — 2,5-миллисекундный пульсар, совершающий 390 оборотов в секунду. Расстояние между пульсаром и его компаньоном невероятно мало — всего на 40% больше расстояния между Землей и Луной. Вследствие этого период обращения составляет 93 минуты — меньше, чем в среднем тратит на дорогу от дома до работы и обратно средний британец. Как раз этой близостью к мерцающему маяку пульсара и объясняется изменение цвета звезды-компаньона.

Та сторона звезды-компаньона, которой она повернута к своему мертвому соседу, находится под постоянным натиском излучения пульсара. В результате этой бомбардировки температура на ней достигает 12 000 °C — вдвое больше, чем на поверхности Солнца, а сама она имеет ярко-синий цвет. Цвет дальней стороны звезды — более прохладный красный, соответствующий куда меньшей температуре 2700 °C. При вращении вокруг компактного пульсара звезда поворачивается к Земле то красной, то синей стороной.

Тусклость звезды также объясняется влиянием пульсара. Она имеет крошечный размер, а ее масса составляет каких-то 12 масс Юпитера. Раз скорость вращения пульсара измеряется в миллисекундах, в прошлом звезда-компаньон должна был отдать ему свои внешние слои, тем самым раскрутив его. Вероятно, после этого у нее осталось гелиевое ядро, которое, скорее всего, было слишком легким, чтобы обеспечить сжатие до белого карлика. В последующем, непрерывно подвергаясь воздействию излучения пульсара, звезда съежилась до космического объекта размером почти с планету. Остатки распадающегося тела звезды следуют за ней, образуя своего рода барьер вокруг пульсара. Поэтому испускаемые пульсаром радиоволны рассеиваются или поглощаются этими фрагментами искромсанной звезды, тогда как высокоэнергетическое гамма-излучение прорывается через них и добирается до Земли. Когда от звезды ничего не останется, улетучившийся из нее материал может конденсироваться, образовав диск вокруг пульсара. Таким образом, мы получим одинокий миллисекундный пульсар и первичный диск для формирования нового поколения планет.

Если пульсар не находится достаточно близко, чтобы разрезать своего соседа на части, звезда-компаньон в конечном итоге умрет и превратится в белый карлик. Укутанный в собственную полость Роша, белый карлик будет обращаться вокруг пульсара. Однако это безопасное существование не сможет продолжаться вечно. Причина — гравитационные волны.

Сто лет назад Альберт Эйнштейн предсказал существование волновой ряби на ткани пространства. Согласно ему, Вселенную можно представить в виде упругой резиновой пластины, которая продавливается под тяжестью массивных объектов. Гравитация — следствие этого продавливания. Она заставляет более легкие объекты перемещаться к более тяжелым, продавившим пространство на большую глубину. При передвижении объектов пластина деформируется с учетом их нового местоположения, в результате чего возникают колебания, которые расходятся в виде гравитационной волны.

11 февраля 2016 г. было объявлено о первом случае прямой фиксации гравитационных волн. Наверное, это был самый тщательно скрываемый секрет в истории науки. При этом слухи об успешной регистрации ходили с конца 2015 года. Осуществлена она была с помощью детектора LIGO в США, которому удалось обнаружить сигнал, исходящий от слияния двух черных дыр. Слияние черных дыр — самых плотных объектов во Вселенной — вызывает рябь, состоящую из гравитационных волн с самым сильным сигналом, который только можно себе представить. Следующие по силе — вибрации, образующиеся при взаимодействии других звездных остатков.

Непрерывная деформация пространства при движении пульсара и белого карлика по орбитам в двойной системе является постоянным источником гравитационных волн. Питающая эти волны энергия берется из энергии орбитального движения, благодаря чему объекты движутся все ближе друг к другу[19]. При сближении полость Роша менее массивного белого карлика будет сжиматься под воздействием более сильного гравитационного притяжения пульсара до тех пор, пока во второй раз карлик не поделится частью себя с пульсаром.

Хотя белый карлик не сдавливает себя настолько, чтобы превратиться в сгусток нейтронов, как пульсар, из-за невероятно высокой плотности он ведет себя не так, как обычное вещество. При потере массы в результате перетягивания его слоев пульсаром белый карлик не сжимается, а расширяется. Таким образом, все больше и больше вещества мертвой звезды перекочевывает к пульсару, пока, наконец, звезда не разрушается полностью. Из ее остатков может сформироваться диск, который послужит основой для образования нового поколения планет.