Club Aurora

Топ 5: Най-необикновените екзопланети

3472. Толкова са познатите на науката екзопланети към дата на написване на тази статия. Сега, както винаги е било, усилията са насочени към откриване на извънслънчеви планети, наподобяващи в максимална степен нашата собствена планета Земя. Планети, на които да има подходящи условия за зараждането и поддържането на живот. Търсенето е нелеко, въпреки че особено в последно време бяха набелязани такива потенциални земи. Но истината е, че повечето от тези 3472 екзопланети драстично се отличават от Земята. Ето една класация, в която сме селектирали най-странните и екстремни светове, които са ни известни.

5. Отнесени от вихъра


Име на екзопланетата: HD 209458 b
Звезда: HD 209458 в съзвездието Пегас
Разстояние до Земята: 154 св. г.
Маса на екзопланетата: 0,71 юпитерови маси
Радиус на орбитата: 0,044 астрономически единици*
Орбитален период: 84 часа

 

HD 209458 b, наричан неофициално и Озирис, е обикновен газов гигант от сорта на Сартун и Юпитер, който има лошия късмет да се намира твърде близо до звездата, около която обикаля. Помислете си за изпепелявания от Слънцето Меркурий и след това си представете една планета на 8 пъти по-малко разстояние до нашата звезда. Да, вече добихте представа що за свят е HD 209458 b. Или поне така си мислите! Въпреки че е горещо като в пещ из цялата планета (поне 750 градуса по Целзий), не това е основният й проблем. А фактът, че заради излъчваните от звездата мощни потоци от енергийни частици (слънчев вятър), външният слой на газовата атмосфера на HD 209458 b буквално бива издухван от нея.

Спектрографски данни от космическия телескоп Хъбъл разкриват, че подобно на комета екзопланетата има своя газова „опашка“ по посока на слънчевия вятър. Тя се простира на разстояние 200 000 km и по нея планетата губи огромни количества водород от атмосферата, който увлича със себе си и по-тежки въглеродни и кислородни молекули. Всяка секунда HD 209458 b „отслабва“ със 100 – 500 млн. kg. Не, че това е кой знае колко съотнесено към масата й, но все пак сметките показват, че с тези темпове през следващите 5 млрд. години екзопланетата ще се стопи със 7 %. А сетне, при метаморфозата на звездата HD 209458 в червен гигант, тя ще отиде окончателно в небитието.

Любопитната съдба на Озирис предполага наличието на цял нов клас екзопланети, за които никой не е подозирал досега. Това са т.нар. хтонични екзопланети или с други думи – скалистите или метални ядра на газови гиганти, чиято атмосфера е била издухана. Подобни екзопланети биха се намирали изключително близо до звездите си и ако наистина съществуват, това са най-негостоприемните светове, които можете да си представите.

Структура на атмосферата на HD 209458 b. Изображение: NASA, ESA, and A. Feild [STScI]

4. На гости в ада


Име на екзопланетата: Kepler-70b
Звезда: Kepler-70  в съзвездието Лебед
Разстояние до Земята: 3 850 св. г.
Маса на екзопланетата: 0,44 юпитерови маси
Радиус на орбитата: 0,006 астрономически единици
Орбитален период: 5,76 часа

 

На HD 209458 b е горещо, но в сравнение с екзопланетата Kepler-70b там е направо прохладно. Открита по време на най-голямата мисия за търсене на екзопланети – тази на космическия телескоп Кеплер – Kepler-70b е малка скалиста планета, наполовина колкото Земята. Тя би била съвсем невзрачна, ако не беше следната подробност – Kepler-70b се намира само на 900 000 km от звездата си – бяло джудже (пет пъти по-малка от Слънцето, но и пет пъти по-горещо от него).

Заставайки на повърхността на тази планета, вие ще видите бялото джудже като огромно огнено кълбо, чийто диаметър на диска ще заема 1/10 от небето. Не че ще ви остане време да се полюбувате на гледката . Защото при температура на повърхността на планетата от порядъка на 7 000 градуса (с около 1 200 градуса повече в сравнение с повърхността на Слънцето) ще се стопите в морето от магма преди да сте мигнали.

Можем само да спекулираме какво всъщност представлява екзопланетата Kepler-70b. Знае се, че тя е съставена предимно от желязо, което означава, че към настоящия момент най-вероятно виждаме ядрото-останка от голяма планета или дори газов гигант. Преди 18 млн. години тази екзопланета някак си е преживяла трансформацията на своята звезда в червен гигант, но с това катаклизмите в живота й не приключват.

Защото Kepler-70b е интригуваща и в друго отношение. Тя е член на цяла екзопланетна система и по време на своята обиколка около звездата една от останалите екзопланети в системата – Kepler-70с, преминава едва на 200 000 km от Kepler-70b. Не са ни известни други планети, които да минават толкова близо една до друга.

Това със сигурност оказва унищожителен ефект върху тях

Тази схема показва как Kepler-70b и Kepler-70с са се озовали толкова близо до звездата си. Просто докато тя е била във фазата си на червен гигант двете планети са били забавени от по-голямото съпротивление по пътя им и така орбитите им са се скъсили до днешния вид. Изображение: Kempton

Помислете си за прилива на морето, който се дължи на гравитационното въздействие на Луната върху Земята, и си представете какво би било, ако на два пъти по-малко разстояние мине планета, тежаща колкото половината Земя. Или с други думи – представете си море от магма, набраздено от огромни вълни.

3. Само едно Слънце не е достатъчно


Име на екзопланетата: PH1b/Kepler-64b
Звезда: Четворна звездна система PH1 / Kepler-64
Разстояние до Земята: 5 000 св. г.
Маса на екзопланетата: 20 – 50 земни маси
Радиус на орбитата: 0,634 астрономически единици
Орбитален период: 158,5 часа

 

Дълго време се предполагаше, че в сложни звездни системи е невъзможно да съществуват планети. Считаше се, че в една подобна система с няколко звезди:

  1. Би било много трудно изобщо да се формира планета от първичния планетарен прах, защото протопланетата би била разкъсана от разнопосочното гравитационно въздействие на звездите в системата;
  2. Дори да се формира такава планета, орбитата й би била неустойчива, и тя твърде скоро ще изхвърчи от системата в космическия простор.

Оказа се обаче, че вселената е на друго мнение и подобни планети не само, че съществуват, но и са доста разпространено явление. Към днешна дата са известни няколко десетки такива случаи, но сред тях най-впечатляваща е системата на четворната звезда Kepler-64 / PH1. В центъра й се намира двойка от звезда от главната последователност с маса 1,5 слънчеви маси и червено джудже с маса 0,41 сл.маси, кръжащи една около друга за 20 дни. Около двете на почтително разстояние от 95 млн. km по изненадващо кръгла орбита кротко си кръжи екзопланетата PH1b/Kepler-64b, която по размери и маса наподобява Нептун. Още по нататък на разстояние 60 астрономически единици от първата двойка има втора двойка звезди – жълто джудже, идентично на Слънцето, и червено джудже, наполовина по-малко.

Току-що се запознахте със семейството на екзопланетата PH1b/Kepler-64b. И въпреки че изобилието от звезди прави така, че е леко топличко на повърхността й (около 200 градуса по Целзий), не това й е интересното. А изключителният изглед, който бихте видели над облаците й. Нещо такова, а вероятно и много по-фантастично красиво:

Художествена интерпретация на гледката над облаците на PH1b/Kepler-64b към звездната система. Изображение: Dirk Terrell, Boulder, CO

2. Скитник сред звездите


Име на екзопланетата: CFBDSIR 2149-0403
Звезда: Няма!
Разстояние до Земята: 75 – 160 св. г.
Маса на екзопланетата: от 2 до 13 юпитерови маси
Радиус на орбитата: Няма!
Орбитален период: Няма!

 

Както стана дума, понякога се случва някоя планета да се изтръгне от гравитационната прегръдка на звездата си и да поеме самостоятелен път в космическата пустош. Подобни планети се наричат „блуждаещи планети“ и до скоро съществуваха единствено в сферата на предположенията. Защото да забележиш парче скала, което практически не излъчва или не отразява електромагнитна радиация граничи с невъзможното.

И може би завинаги ще си остане в сферата на невъзможното. Но това, което можем да направим, е да търсим големи блуждаещи газови гиганти. Колкото по-голямо е едно космическо тяло, толкова по-голямо количество електромагнитна енергия отделя то (Юпитер – гигантът в Слънчевата система например излъчва повече енергия, отколкото получава от Слънцето). Всъщност големите газови гиганти светят забележимо в инфрачервения спектър.

Така че когато бяха изведени в орбита първите големите космически инфрачервени телескопи – Хершел, Спицер и особено мисията WISE, логично за първи път получихме данни за такива свободни космически обекти. Към днешна дата са потвърдени едва 10 – 20 такива странници, като сред тях най-известен е CFBDSIR 2149-0403.

Но истината е, че дори за него не знаем кой знае колко… Малкото количество инфрачервена радиация от този обект, достигаща до нас, не е достатъчна, за да се формират твърди изводи. Възможно е CFBDSIR 2149-0403 да е свързан с група от 30-на звезди, концентрирана около звездата AB Doradus, които се движат в една и съща посока. Ако тази хипотеза е вярна, то CFBDSIR 2149-0403 би трябвало да е на около 75 св. г. от Земята. А знаейки това разстояние, можем да определим, че масата на екзопланетата се равнява на 4 – 7 юпитерови маси. Или с други думи – една истинска планета, която трябва да се е формирала само в първична слънчева система, от където в някакъв момент е била изтикана.

Ако CFBDSIR 2149-0403 е по-далеч обаче, може да се окаже, че той е твърде масивен, за да бъде класифициран като „планета“, и фактически представлява звезда. Не кой знае каква звезда – кафяво джудже, най-мизерният клас звезди,но все пак достатъчно масивни, за да се извършва термоядрен синтез на деутерий в недрата им (долната граница за започване на термоядрен синтез е 13 юпитерови маси). Това би означавало, че CFBDSIR 2149-0403 се е формирал самостоятелно като обикновена звезда и няма нищо толкова забележително в него. Милиони астрофизици ще бъдат разочаровани…

При всички положения обаче CFBDSIR 2149-0403 е едно твърде самотно място, което едва ли бихте искали да посетите, дори да можехте. В случая на CFBDSIR 2149-0403 и подобните нему блуждаещи газови гиганти топлината от недрата му, загрява повърхността му до няколкостотин градуса. Но хипотетичните все още неоткрити блуждаещи скалисти планети са царства на вечния мрак и студ, където температурата никога не стига до повече от няколко градуса над абсолютната нула.

Това е изображение в инфрачервения спектър, на което виждате CFBDSIR 2149-0403 – цветовете не са реални, но отговорят на различни дължини от инфрачервеното излъчване, невидими за човешкото зрение. ESO/P. Delorme

1. Планета с история


Име на екзопланетата: PSR B1620-26 b
Звезда: PSR B1620-26 АВ в звезден куп М4
Разстояние до Земята: 12 400 св. г.
Маса на екзопланетата: 2,5 юпитерови маси
Радиус на орбитата: 23 астрономически единици
Орбитален период: Около 100 години

 

Ето че стигнахме до върха на нашата класацийка за необичайни екзопланети, където се е намърдал един свят, формиран едва милиард години след Големия взрив. С настоящата си възраст от 12,7 млрд. години (съпоставено с 4,5 млрд. години на Земята) това е най-древната екзопланета, известна на науката. А историята от формирането й досега е крайно интригуваща сама по себе си.

Да започнем с това, че на такъв ранен етап от развитието на Вселената е било изобщо много трудно да се формират каквито й да е планети. Младата Вселена почти на 100 процента се е състояла единствено от водород и хелий, а всички останали химични елементи, нужни за направата на една планета, още ги е нямало. Тяхното производство, като вторичен продукт на термоядрения синтез, започнало, когато светнали първите звезди – около 400 млн. години след Големия взрив. Необходимо било време след това, за да се натрупа достатъчно материал за планети. Необходимо било и той да бъде разпръснат наоколо по време на първите експлозии на свръхнови звезди.

Всичко това ще рече, че PSR B1620-26 b е може би една от първите планети въобще. Но още по-озадачаващо е положението й днес – в орбита около двойка от неутронна звезда-пулсар и бяло джудже. Както и да се озовала там планетата, учените са категорични, че тя не би могла да преживее експлозията на свръхнова (през какъвто етап е преминал някога пулсарът). Това означава, че PSR B1620-26 b трябва да се е формирал другаде и чак по-късно е бил привлечен в орбита около вече избухналата неутронна звезда.

Няма нищо чудно в подобен сценарий. Освен всичко друго екзопланетатата и двете й звезди са част от кълбовидния звезден куп М4. А ако не знаете – кълбовидните звездни купове са компактни образувания, където в радиус от няколко десетки светлинни години са натъпкани стотици хиляди звезди. Така че тези звезди непрекъснато си взаимодействат гравитационно една с друга и е абсолютно невъзможно дадена планета да изкара толкова много милиарди години в стабилна орбита около една определена звезда от купа. Нещо повече – голямата инклинация на сегашната орбита на PSR B1620-26 (около 55 градуса) също свидетелства, че екзопланетата е пришълец в системата на неутронната звезда.

Според най-вероятната хипотеза PSR B1620-26 b е възникнала около подобна на Слънцето звезда в покрайнините на звездния куп М4. По-късно звездата заедно с PSR B1620-26 b е мигрирала навътре към купа, където е била прихваната от гравитационната прегръдка на неутронната звезда. Там след милиарди години подобната на Слънцето звезда се е превърнала в червен гигант, чийто външни слоеве са били засмукани от неутронната звезда. При този процес прехвърляната от едната на другата звезда материя се е нажежила до милиони градуси,превръщайки се в мощен източник на рентгенова радиация. В края на краищата неутронната звезда е станала пулсар , който се върти около оста си стотици пъти в секунда, а червеният гигант днес сияе като малко, но горещо, бяло джудже.

Тук схематично е представена една от възможните хипотези за битието и житието на PSR B1620-26 b. Изображение: NASA

И немият свидетел на всички тези катаклизми – PSR B1620-26 b – сега продължава живота си като студен газов гигант. Ала бъдещето предполага нови изпитания пред нелекото му битие. Звездната система на бялото джудже и пулсара продължава да се придвижва все по-навътре в звездния куп и това рано или късно ще доведе до нови интеракции с други звезди. В резултат екзопланетата най-вероятно ще бъде изхвърлена от сегашната си система в някакъв момент, а е възможно дори да изхвърчи и от звездния куп. А ако това се случи PSR B1620-26 b ще изкара остатъка от вечността като блуждаеща екзопланета в междузвездното пространство.


*Астрономическа единица е широко разпространена в астрономията мярка за разстояние, равна на разстоянието между Земята и Слънцето (около 150 000 000 km)

Източници:

 

1. https://www.nasa.gov/vision/universe/newworlds/Osiris_leaks.html

2. https://jamesrushford.wordpress.com/2013/10/22/kepler-70b-the-coolest-exoplanet/

3. http://www.space.com/28925-giant-alien-planet-four-suns.html

4. http://www.blastr.com/2017-3-21/cfbdsir-2149-0403-mystery-lurks-1800-trillion-kilometers-earth

5. http://thebookofbeginnings.com/sources/10/PrimevalPlanet.pdf

6. Списък с екзопланетите с най-екстремни физически параметри