Астрономы, вернувшиеся к архивным данным космического телескопа Hubble, обнаружили новую зацепку в давней загадке. Согласно исследованию, опубликованному 5 октября в журнале Nature Astronomy, необычный химический след позволяет предположить, что у белого карлика HS 0209+0832 может существовать планета второго поколения.
Белый карлик представляет собой оставшееся ядро звезды малой массы, которая исчерпала ядерное топливо и сбросила внешние слои газа и пыли в космос. В отличие от обычных планет, формирующихся вместе с молодыми звёздами, планета второго поколения возникает позже из вещества, выброшенного умирающей звездой.
«Вместо того чтобы считать стадию белого карлика своего рода эпилогом истории звезды и её планет, это исследование указывает на то, что знакомые нам системы — лишь первая глава потенциально гораздо более длинного повествования, в котором появляются новые персонажи. Это действительно захватывающая перспектива», — заявил Джейми Уильямс, астроном и ведущий автор работы, докторант Уорикского университета в Великобритании.
Земля и другие миры Солнечной системы относятся к планетам первого поколения — они сформировались из материала, оставшегося при рождении Солнца. Hubble наблюдал HS 0209+0832 в 1999 году, однако тогда учёные не смогли распознать около 100 химических особенностей в данных. Уильямс вернулся к этим наблюдениям с обновлённой химической базой и выяснил, что многие из прежде необъяснённых сигналов принадлежат ниобию.
Ниобий встречается в Солнечной системе, а на Земле применяется в ювелирном деле и медицинской визуализации. По словам Уильямса, необычно высокая концентрация этого элемента в системе HS 0209+0832 говорит о совершенно ином происхождении: вероятно, он связан не с рождением звезды, а с веществом, выброшенным при её гибели. «Ниобий и другие элементы тяжелее железа астрономически особенны, поскольку, в отличие от многих распространённых элементов, они не образуются в ядрах звёзд путём термоядерного синтеза, — пояснил Николас Стоун, теоретический астрофизик из Висконсинского университета в Мэдисоне и участник исследовательской группы. — Эти тяжёлые элементы могут синтезироваться только в экзотических условиях, которые ненадолго возникают внутри умирающих звёзд. Присутствие ниобия — указатель на эти предсмертные процессы и выброс внутреннего вещества звезды в космос».
Исследователи предполагают, что после выброса химически обогащённого материала часть его собралась вместе и в итоге образовала газовый гигант. Большая часть оставшегося вещества давно рассеялась в пространстве, а планета осталась на орбите. «Когда Джейми спросил меня о ниобии в связи с этим исследованием, я был буквально ошеломлён, поскольку этот элемент не был зафиксирован ни у одного другого белого карлика, проанализированного на сегодняшний день. Как только мы поняли, что он там есть, всё встало на свои места», — сказал астроном и соавтор работы Борис Генсике, также из Уорикского университета.
Команда сверила результат Hubble с наблюдениями завершённой миссии NASA FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer, дальний ультрафиолетовый спектроскопический исследователь). Эти данные также выявили сильные сигнатуры ниобия в системе HS 0209+0832. Ещё одно важное свидетельство предоставил спутник NASA TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, спутник для обзора транзитных экзопланет): он следил за белым карликом четыре месяца и зафиксировал повторяющиеся изменения яркости. Эти колебания указывают на то, что планета может обращаться примерно в 6 миллионах километров от звезды — гораздо ближе, чем Меркурий к Солнцу. По оценкам исследователей, кандидат представляет собой газовый гигант размером примерно с Юпитер и, судя по всему, быстро теряет атмосферу.
Поскольку белый карлик сформировался сравнительно недавно, он остаётся чрезвычайно горячим. Мощная энергия остатка звезды, вероятно, срывает вещество с внешней атмосферы планеты. Этот утекающий газ может образовывать хвост, похожий на кометный, а часть материала формирует диск вокруг белого карлика, прежде чем упасть на его поверхность. Такой процесс мог бы объяснить, почему Hubble обнаружил ниобий при наблюдении за звездой. Даже при продолжающейся потере атмосферы Уильямс не ожидает, что возможная планета исчезнет быстро. «Если планета второго поколения существует, я думаю, она, скорее всего, выживет. Со временем белый карлик остынет и затем будет поддерживать постоянную температуру, а планета останется в своей стабильной обитаемой зоне на миллионы лет», — сказал Уильямс.
Многие вопросы о подобных системах остаются открытыми: как формируются планеты второго поколения, распространены ли они или исключительно редки и как они меняются на орбите вокруг «мёртвой» звезды. Уильямс планирует продолжать использовать Hubble в течение следующих нескольких лет, чтобы исследовать эти вопросы и собрать достаточно наблюдений для начала построения значимой статистики об этом необычном классе небесных объектов. «Я считаю, что это исследование — важный пример того, что научное открытие не является прямым путём, — сказал Генсике. — Часто нужен тот волшебный момент, когда люди обсуждают волнующие их большие вопросы и понимают, что вместе могут найти неожиданные ответы».