Эта гигантская планета выжила после смерти своей звезды

Все звезды в конечном итоге умирают, включая наше Солнце. В зависимости от звезды это может означать гибель для планет. Масштабные звезды умирают в катастрофических взрывах, называемых сверхновыми, и их мощные ударные волны могут уничтожить любые планеты в пределах досягаемости. Если бы наше Солнце было достаточно массивным, чтобы взорваться подобным образом, это означало бы мгновенный конец для Земли. Но Солнце недостаточно велико.

Вместо этого конец Солнца будет более прозаичным. По мере исчерпания топлива для термоядерного синтеза оно постепенно раздуется и охладится, превратившись в красного гиганта. По мере раздувания оно поглотит Меркурий и Венеру, но, возможно, не Землю. Астрономы не уверены, но Земля может выжить при раздувании Солнца. Если это произойдет, ее ждут совершенно другие перспективы. Земля будет вращаться вокруг белого карлика, на время окруженная великолепной туманностью, созданной Солнцем, когда оно сбросит слои газа. Но эта судьба тоже неопределенна.

Астрономы обнаружили нетронутые планеты, вращающиеся вокруг белых карликов, что показывает, что планеты могут пережить эволюционные изменения своих звезд. Одна из них называется WD 1856 b, где WD означает белый карлик. Она находится примерно в 80 световых годах от нас и была открыта TESS в 2019 году. Звезда, вокруг которой она вращается, имеет возраст около 5,8 миллиарда лет и массу в половину массы Солнца.

Планета является гигантом с радиусом примерно в 10 раз больше радиуса Земли. Она находится очень близко к своей звезде, вращаясь на расстоянии около 0,02 астрономических единиц. Она быстро вращается вокруг звезды, с орбитальным периодом в 60 раз короче, чем у Меркурия вокруг Солнца.

С момента своего открытия астрономы задавались вопросом о ней. Чтобы находиться в этой орбите, планета могла мигрировать внутрь после того, как звезда стала белым карликом. В противном случае она была бы уничтожена поглощением, когда звезда стала красным гигантом.

Эта планета вызвала вопросы о возможности обитаемости. Если планеты могут выжить в фазе красного гиганта звезды, могут ли они каким-то образом быть обитаемыми? Белые карлики не генерируют тепло за счет термоядерного синтеза, но у них есть остаточное тепло, которое может рассеиваться триллионы лет, достаточно для поддержания жизни на близлежащей планете.

Ученые хотят узнать, как планета выжила в первую очередь, и новое исследование в журнале Nature изучило ее атмосферу в поисках подсказок. Оно называется "Аэрозоли и углеводороды в атмосфере планеты белого карлика". Главный автор — Райан МаКдональд, преподаватель экзопланет в Университете Сент-Эндрюс в Шотландии.

«Планета довольно странная», — сказал главный автор МаКдональд в пресс-релизе. «Она примерно размером с Юпитер, но белый карлик, вокруг которого она вращается, размером с Землю, так что планета в семь раз больше своей звезды».

Поскольку она размером с Юпитер, эта система может быть взглядом в будущее нашей Солнечной системы. Когда Солнце станет красным гигантом, оно поглотит планеты, которые слишком близки. Но судьба более массивных планет, находящихся дальше от Солнца, неясна.

«Мы привыкли смотреть назад во времени, когда используем телескопы, но это первый раз, когда мы смогли заглянуть вперед, чтобы увидеть, что может произойти с внешними планетами вокруг остатка звезды, подобной Солнцу. Это похоже на использование машины времени, чтобы заглянуть в далекое будущее нашей Солнечной системы», — добавил МаКдональд.

«Недавно было идентифицировано несколько кандидатов в планеты, вращающихся вокруг белых карликов, что демонстрирует, что планеты могут выжить в целостности после постглавной последовательности звезды», — пишут авторы. «Мало что известно о составе атмосферы планет после главной последовательности, при этом наиболее эволюционировавшие транзитные планеты с обнаруженными атмосферами до сих пор вращаются вокруг субгигантов.

Некоторые белые карлики имеют диски с обломками, состоящими из материала, полученного от планет, которые они уничтожили, когда были красными гигантами. Астрономы считают, что в них могут формироваться планеты, но в этом случае эту возможность отвергли. Изображение: NASA/JPL-Caltech.

Когда красный гигант поглощает свои ближайшие планеты, он может создать диск обломков. Астрономы считают, что возможно, что экзопланеты могут образоваться в этом диске, но в данной ситуации это невозможно. Диски обломков недостаточно массивны, чтобы образовать планету такой массы.

Это оставляет только два объяснения для WD 1856 b: она могла быть поглощена звездой и каким-то образом выжила, выйдя из этого ужасного опыта целой. Или она мигрировала внутрь, не будучи поглощенной. Эта внутренняя миграция не обязательно должна была быть вызвана только самой звездой. WD 1856 на самом деле является тройной звездной системой с двумя красными карликами.

«Большой вопрос в том, как WD1856b оказалась там, где она сегодня, и есть две теории», — сказал соавтор исследования Кристофер О'Коннор из Центра междисциплинарных исследований и исследований в астрофизике Северо-Западного университета. «Одна из них заключается в том, что планета была поглощена своей звездой-хозяином, когда она умирала, и сумела выжить на другой стороне. Другая заключается в том, что миграция произошла из-за гравитационного влияния других объектов в системе. Белый карлик является частью тройной звездной системы, и внешние спутники могли повлиять на орбиту WD1856b».

Эта работа основана на наблюдениях атмосферы планеты с помощью JWST. Исследователи использовали телескоп для получения спектроскопии передачи с помощью инструмента NIRSpec. Они также определили температуру планеты. Результаты являются важными подсказками к истории планеты.

Это спектроскопия атмосферы WD 1856 b, полученная с помощью JWST. Она показывает несколько поглощений CH4 и одну предварительную характеристику этана. Изображение: MacDonald et al. 2026 Nature.

Температура значительно выше ожидаемой. В то время как ожидаемая температура равновесия планеты составляет около 160 Кельвинов, измеренная температура колеблется между 390 и 412 K. Таким образом, планета намного горячее, чем должна быть, если бы она нагревалась только солнечным светом. Эти наблюдения показывают, что планета выжила в фазе красного гиганта, мигрировала внутрь и испытала нагрев. Это также может объяснить плотную орбиту экзопланеты.

«На основе моделей охлаждения эти результаты указывают на то, что WD 1856 b пережила событие повторного нагрева, связанное с миграцией, через 3,0–5,5 миллиарда лет после начала фазы белого карлика, что согласуется с эволюцией приливов после главной последовательности до настоящей круглой орбиты 0,02 а.е.», — пишут авторы.

JWST обнаружил большое количество метана в атмосфере гигантской планеты. Это сильно указывает на то, что она образовалась дальше от звезды и мигрировала внутрь. Изображение: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Наблюдения обнаружили углеводороды в атмосфере, в частности метан (CH4), на уровне около 7%. Это также является доказательством того, что планета мигрировала внутрь после фазы красного гиганта звезды. Атмосфера с 7% метана является углеродной атмосферой. Для того чтобы такое количество метана присутствовало, атмосфера H2 планеты должна была быть обогащена углеродом. Это сильно указывает на то, что планета образовалась за пределами ледяных линий воды и угарного газа своей системы, а затем мигрировала внутрь.

«Наши результаты имеют значение для долгосрочной судьбы нашей солнечной системы», — сказал О'Коннор. «Через примерно пять миллиардов лет наше Солнце умрет, и мы не знаем точно, что произойдет с планетами в это время. Тот факт, что планеты могут выжить на этом последнем этапе жизненного цикла звезды, действительно расширяет диапазон возможностей для того, где и когда обитаемые планеты могут существовать во Вселенной».

Многое еще предстоит узнать об экзопланетах и их судьбах по мере старения их звезд и выхода из главной последовательности. Хотя JWST известен тем, что изучает красно-смещенный свет от древних объектов, таких как первые галактики, одна из его научных тем — планетарные системы. Его мощные спектрометрические возможности позволяют ему подробно изучать атмосферы экзопланет, предоставляя подсказки о их происхождении и судьбе.

«Наши результаты предоставляют окно в конечную судьбу гигантских планет, вращающихся вокруг звезд с массами, подобными нашему Солнцу», — пишут авторы. «Как показывает WD 1856 b, спектроскопия планет, вращающихся вокруг белых карликов, предлагает новую возможность определить судьбу планетарных систем после смерти их звезды», — заключают они.