Astrofizičari sa Sveučilišta u Leidenu (Nizozemska) Michel Kama i Alessandro Patruno dokazali su da planete pogodne za život mogu postojati oko neutronskih zvijezda. Dakle, u prisutnosti određenih uvjeta, super-zemljani PSR B1257 + 12 d i PSR B1257 + 12 c, koji su dobili imena Fobetor i Poltergeist, nalaze se u naseljenoj zoni PSR B1257 + 12 zvijezda, zvanoj Lich. Studiju o ovoj temi autori su objavili u jednoj od specijaliziranih publikacija.
Trenutno znanstvenici znaju oko tri tisuće neutronskih zvijezda, ali samo dvije od njih pouzdano imaju planetarne sustave, a neki mogu imati takve sustave. Treba napomenuti da su prvi egzoplaneti otkriveni upravo u blizini neutronske zvijezde. Dogodilo se to 1991. godine. Otkriće je učinio poljsko-američki radio astronom A. Wolschan, koji je otkrio dva egzoplaneta u blizini PSR B1257 + 12 - Fobetor i Poltergeist. Svaki od njih je oko četiri puta teži od našeg planeta. Godinu dana kasnije, ovo otkriće potvrdio je kanadski astronom Dale Frail.
Nakon nekog vremena tamo je otkriven još jedan egzoplanet, PSR B1257 + 12 b, koji se pokazao 50 puta lakšim od Zemlje. Smještena je vrlo blizu neutronske zvijezde, pa uvjeti na njoj nisu prikladni ni za najekstremniji život. Što se tiče Poltergeista, ova je egzoplaneta 4,3 puta teža od Zemlje, na njenoj površini temperatura doseže 51-652 Kelvina. Planeta se vrti oko pulsara na udaljenosti od 0,36 astronomskih jedinica u periodu od 66 dana. Druga egzoplaneta, Phobetor, udaljenija je od pulsara i malo je teža od Poltergeista.
Sama zvijezda PSR B1257 + 12 nalazi se u zviježđu Djevica, na udaljenosti od 2,3 tisuće svjetlosnih godina od našeg planeta. Otprilike je 1,4 puta teža od Sunca, ali oko 125 trilijuna puta manja od njega (polumjer pulsara je samo 10 kilometara). Astronomi procjenjuju starost PSR B1257 + 12 na oko milijardu godina, to jest, pulsar je četiri puta mlađi od Sunca. Zvijezda se rotira s vremenom od 0,06 sekundi, rendgenske zrake velike snage dolaze iz nje u okolni prostor. Ranije se mislilo da je život na ove dvije egzoplanete nemoguć, ali Patruno i Kama uspjeli su dokazati da to nije slučaj.
Stvaranje neutronskih zvijezda nastaje kao rezultat eksplozije supernove, nakon čega je u orbiti često dovoljno materije da se formira protoplanetarni disk. Uz pulsar PSR B1257 + 12, egzoplaneti su otkriveni i oko PSR J1719-1438. Satelit PSR J1719-1438 b bogat ugljikom možda je prethodno bio bijeli patuljak. Znanstvenici također priznaju da asteroidni pojas može postojati u blizini PSR J1937 + 21. Osim toga, znanstvenici tumače neke astronomske pojave, posebice prasak gama-zraka GRB 101225A, kao sudar neutronske zvijezde i asteroida ili kometa.
Istraživači tradicionalno identificiraju tri vrste planeta koji se mogu nalaziti u blizini neutronskih zvijezda. Prva vrsta uključuje tipične planete, koji su nusprodukt stvaranja zvijezda i koji su nastali prije eksplozije supernove i pojave same neutronske zvijezde. Druga vrsta uključuje planete koji su nastali od materije koja je ostala nakon eksplozije supernove u blizini neutronske zvijezde. Planeti trećeg tipa su planeti koji su nastali od tvari uništenog satelita neutronske zvijezde (na primjer, PSR J1719-1438 b). Ova je vrsta tipična za satelite milisekundi, posebno za PSR B1257 + 12 i PSR J1719-1438.
Znanstvenici nagađaju da su planete oko neutronskih zvijezda izuzetak, a ne pravilo. Visokoenergetska gama i X-zrake, kao i takozvani pulsar vjetar, mogu uništiti bilo koji objekt u razdoblju od milijun do milijardu godina. Istodobno, relativno malo nebesko tijelo, koje je dovoljno udaljeno od zvijezde, dugo će imati priliku održati stabilnu orbitu. Iz tog razloga, unatoč relativno malom broju pulsara s planetima, zbog velikog broja samih neutronskih zvijezda (oko milijardu) unutar Mliječnog puta, broj planetarnih sustava oko njih doseže 10 milijuna.
Planetarni sustavi u blizini pulsara ne moraju biti slični onima koji se nalaze u blizini zvijezda glavne sekvencije. Tako se, na primjer, stanište na planetu obično definira izrazima kao što su ravnotežna površinska temperatura, dana zračena energija primljena od zvijezde domaćina. Ta se energija izračunava u prvoj aproksimaciji kao zračenje crnih tijela koje dosežu svoj maksimum u optičkom, infracrvenom ili ultraljubičastom rasponu. U ovom slučaju se identificiraju tipične naseljene zone na udaljenosti koja se kreće od nekoliko dionica do astronomskih jedinica.
Promotivni video:
Stambena zona, koja je mnogo manja po veličini nego blizu zvijezda glavnog slijeda, izračunava se za bijele patuljke (Sunce će se pretvoriti u objekt ove vrste za 8 milijardi godina). Kada se u 3 milijarde godina zvijezda ohladi na temperaturu od oko 10 tisuća kelvina, lokacija se može useliti u astronomske jedinice od 0,005-0,02 jedinice. Kada je riječ o neutronskim zvijezdama, najsjajnije zračenje crnih tijela odgovara X-zracima, kada se opaze ionizirajuće čestice visoke energije. Istodobno, ultraljubičasto, optičko i infracrveno zračenje praktički nema.
Autori studije koristili su poseban softver koji analizira fotografije PSR B1257 + 12 sustava, dobivene 3. svibnja 2007. pomoću rendgenskog svemirskog teleskopa Chandra. Pored toga, koristili su se podacima opažanja od 22. svibnja 2005. kako bi usporedili svoja otkrića s nalazima drugih znanstvenika. Prema preliminarnim procjenama, površinska temperatura pulsara doseže 1,1 milijun kelvina, a blizu njega, na udaljenosti djelića astronomskih jedinica, može postojati disk za prašinu.
Za mogući život na Phobetoru i Poltergeistu, glavna opasnost i istodobno, glavni izvor topline mogu biti X-zrake, što može izazvati značajno zagrijavanje atmosfere planeta. Gama i tvrdi X-zraci prodiru u atmosferu mnogo dublje od mekih X-zraka i ultraljubičastog zračenja. Međutim, u slučaju da su plinske ovojnice široke, opasno zračenje ne može doći do površine planeta.
Prema pretpostavkama Kame i Patrunoa, planete koje se okreću oko izoliranih pulsara trebale bi evoluirati poput nebeskih tijela koja se vrte oko zvijezda glavnih sekvenci, koje emitiraju snažne X-zrake početkom svoje evolucije. Na našem planetu X-zrake brzo blokiraju termosferu u kojoj se plin ionizira kada djeluje na ultraljubičasto i rendgensko zračenje. Ovaj sloj ima prilično visoku temperaturu, koja iznosi stotine i tisuće Kelvina. U isto vrijeme, ovaj sloj je neučinkovit kao izvor topline, jer je razrjeđen.
Prema općenito prihvaćenoj tezi, naseljiva zona je područje oko zvijezde u kojem planet poput Zemlje (tj. Planet koji ima atmosferu ugljičnog dioksida, dušika i vode) može na svojoj površini imati dovoljnu količinu tekuće vode. Znanstvenici smatraju da je vrlo često neophodan, ali nedovoljan uvjet za život na planeti, pokazatelj njegove ravnotežne temperature ne pada ispod 270 kelvina. Kama i Patruno izračunali su naseljenu zonu oko pulsarskog PSR B1257 + 12 koristeći procjene zračenja koje dosežu Phobetor i Poltergeist, pretpostavljajući da je ravnotežna temperatura dvaju super-Zemalja 175-275 Kelvina.
To je sasvim moguće, budući da atmosfera velikih planeta ima veći temperaturni gradijent nego na Zemlji, čija je atmosfera prilično homogena. Na temelju toga istraživači su zaključili da ako su rendgenske zrake glavni izvor energije za planete, onda su sve tri planete sustava PSR B1257 + 12 neprikladne za život, jer je tamo previše hladno. Ali ako uzmemo u obzir gama zračenje koje nastaje zbog pulsarskog vjetra u atmosferi planeta, tada se granice nastanjive zone pomiču udaljenost od 2-5 astronomskih jedinica.
Između ova dva moguća scenarija nalazi se prostor parametara u kojem Fobetor i Poltergeist padaju u naseljenu zonu. Pored toga, autori studije dokazali su da najstariji planet poznat čovjeku - PSR B1620-26 - čak i u najoptimističnijem slučaju, ne može biti useljiv. Što se tiče pulsarskog PSR J1719-1438, znanstvenici trenutno imaju premalo podataka o rendgenskom zračenju, tako da se ne mogu izvesti definitivni zaključci. Prema znanstvenicima, sjaj rendgenske zrake većine izoliranih pulsara s odljevom materije u pratnju na neutronsku zvijezdu (takozvana Bondi-Hoyle-ova akceracija) mnogo je veći od PSR B1257 + 12, atipičan u tom smislu.
Drugim riječima, za planete slične Zemlji, naseljena zona oko neutronske zvijezde postoji relativno kratko vrijeme. A za super-zemlje s gustom atmosferom, naseljena zona traje mnogo duže. Znanstvenici su izračunali da ako bi naš planet bio 1-10 astronomskih jedinica iz PSR B1257 + 12, dok ako bi njegova atmosfera činila oko jedan posto mase čitavog planeta, tada bi Zemlja izgubila plinsku školjku otprilike 10 milijuna godina. Pod istim uvjetima, super-Zemlje s gustom atmosferom izgubile bi svoju plinsku ovojnicu za oko trilijun godina.
Kako istraživači napominju, najveću opasnost za atmosferu ne predstavljaju X-zrake, već pulsarni vjetrovi. Oni djeluju u određeno vrijeme - postoji vrsta linije smrti koja određuje trenutak kada će neutronska zvijezda prestati proizvoditi vjetar. U mladih pulsara to se događa za oko milijun godina, a u milisekundnim zvijezdama, milijardama godina. Međutim, prema znanstvenicima, to eliminira izvor energije planete, zbog čega njegova temperatura naglo pada, a svaka mogućnost određivanja nastanjene zone je isključena. Međutim, u ovom slučaju ostaje akumulacija Bondi-Hoyle koja može stvoriti dovoljno rendgenskog zračenja i tako zagrijati planetu. Pored toga, temperatura se može održavati grijanjem plimom.
U slučaju da se os rotacije neutronske zvijezde i magnetska os jako razlikuju, pulsarski vjetar uopće ne može doseći površinu planeta. U ekvatorijalnoj ravnini, u kojoj su planeti često smješteni, nema pulsarnog vjetra, postoji samo rendgensko zračenje. Znanstvenici za takav slučaj izračunali su da je atmosfera Phobetora i Poltergeista tijekom 850 milijuna godina izgubila oko 0,0005 zemaljskih masa, što je otprilike 0,0001 vlastite mase. To je vrlo malo, posebno ako atmosferski PSR B1257 + 12 d i PSR B1257 + 12 c čine, prema općeprihvaćenoj pretpostavci, oko jedan posto mase planeta.
Ovo istraživanje ne pruža mogućnost da se izvuku nedvosmisleni zaključci da su super-Zemlje u blizini PSR B1257 + 12 unutar naselja za stanovanje. Trenutno je njegovo određivanje nemoguće za pulsare, uključujući neutronsku zvijezdu PSR B1257 + 12. Istodobno, studija je pokazala da ako Phobetor i Poltergeist imaju snažnu i gustu atmosferu, teoretski te planete mogu biti pogodne za život.