Её уже успели окрестить «Мафусаилом» — в честь библейского патриарха, прожившего 969 лет. Это невероятный для человека возраст, но ведь и 13 миллиардов лет — тоже казались невозможным для планеты возрастом. Однако же, благодаря Hubble, такую планету обнаружили.
Первый вопрос, который возникает, когда читаешь фразу «13 миллиардов лет», — не ошибка ли это? Возникает он потому, что появление какой-либо планеты менее, чем через миллиард лет после Большого Взрыва, кажется совершенно невероятным. По крайней мере, с точки зрения превалирующей теории на историю и эволюцию Вселенной.
Ибо теория эта гласит: никаких тяжёлых элементов в первом поколении звёзд не было — один водород и немного гелия. Затем, по мере того, как такие звёзды расходовали своё газовое «топливо», они взрывались, и их останки, разлетаясь во всех направлениях, попадали на поверхность соседних звёзд (которые, в самом начале Вселенной, естественно, находились гораздо ближе друг к другу, нежели сейчас). В результате реакций термоядерного синтеза образовывались новые элементы. Более тяжёлые.
Возраст Солнечной системы с её планетами, включая Землю, оценивается учёными приблизительно в 4,5 миллиардов лет. Большая часть известных экзопланет (то есть, планет, обнаруженных возле других звёзд), имеют приблизительно тот же возраст.
Это дало учёным повод говорить, что это — временной порог образования планет. Планет, содержащих тяжёлые элементы.
Тогда как может быть, чтобы планета возникла 13 миллиардов лет назад, если, по последним данным , самой Вселенной 13,7+/-0,2 миллиарда лет?
Изображение планеты, выполненное художниками NASA.
Однако же, если вдуматься, теоретически возможности появления такой планеты ничто не противоречит. NASA установило, что первые звёзды стали появляться во Вселенной уже через 200 миллионов лет после Большого Взрыва.
Поскольку в то время звёзды находились друг к другу значительно ближе, чем сейчас, по вполне понятным причинам, образование тяжёлых элементов могло происходить довольно-таки оживлёнными темпами.
Кроме того, надо иметь в виду, где именно располагается данная планета. Речь идёт о шаровом скоплении M4, состоящем преимущественно из древнейших, относящихся к первому поколению звёзд. Это скопление отстоит от Солнечной системы на расстояние 5600 световых лет, и для земного наблюдателя находится в созвездии Скорпиона.
Впрочем, о таких скоплениях известно, что тяжёлых элементов там очень мало. Именно в силу того, что составляющие его звёзды слишком древни.
Как раз поэтому, кстати, большинство астрономов не верили, что в шаровых скоплениях могут существовать планеты.
В 1988 году в M4 был обнаружен вращающийся со скоростью 100 оборотов в секунду пульсар PSR B1620-26. Вскоре возле него обнаружился белый карлик, и стало очевидно, что система двойная: пульсар и карлик вращались друг вокруг друга с периодом раз в земной год. Как раз по гравитационному воздействию на пульсар белый карлик и был вычислен.
Однако потом обнаружилось, что на пульсар воздействует ещё один космический объект. Кто-то выдвинул идею о планете. На него замахали руками, поскольку речь шла о шарообразном скоплении. Но споры продолжались: на протяжении всех 1990-х годов астрономы пытались понять, что это такое. Гипотез было три: планета, бурый карлик (то есть, практически полностью выгоревшая звезда) или некая совсем уж крошечная «обычная» звезда с очень незначительной массой.
Проблема была в том, что и масса белого карлика тогда установить не удавалось.
На помощь пришёл Hubble. Данные, полученные этим телескопом позволили в итоге вычислить точную массу и температуру белого карлика (а также его цвет). Выяснив массу карлика и сопоставив его с изменениями в радиосигналах, поступающих от пульсара, астрономы вычислили наклон его орбиты по отношению к Земле.
А выяснив наклон орбиты белого карлика, учёные смогли определить и наклон орбиты предполагаемой планеты и вычислить её точную массу.
Двух с половиной масс Юпитера — это слишком мало и для звезды, и даже для бурого карлика. Соответственно, планета — единственный оставшийся вариант.
Учёные предполагают, что это газовый гигант, в котором тяжёлые элементы присутствуют в очень незначительных количествах — по указанным выше причинам.
Фотография шарового скопления М4 (Messier 4).
Образовался Мафусаил возле молодой звезды, сходной по своим свойствам с молодым, опять-таки, Солнцем.
Каким-то образом эта планета пережила всё, что можно было пережить — и бешеное ультрафиолетовое излучение, и радиацию от ближайших сверхновых, и ударные волны от их взрывов, — всё то, что сопровождало процессы гибели старых и образования новых звёзд в том, что впоследствии будет названо шаровым скоплением М4.
Планета и её звезда в один прекрасный миг приблизились к пульсару и оказались у него в ловушке. Возможно, у пульсара был до того свой спутник, который оказался выбит во внешнее пространство.
Звезда, вокруг которой вращается Мафусаил, со временем раздулась, превратившись в красного гиганта, а затем сжалась до состояния белого карлика, походя ускорив вращение пульсара.
Мафусаил же продолжал мерно вращаться вокруг обеих звёзд на расстоянии, приблизительно равном расстоянию от Солнца до Урана.
Факт существования такой планеты говорит уж хотя бы о том, что во Вселенной планет может быть гораздо больше, чем предполагалось раньше. С другой стороны, Мафусаил предположительно является газовым гигантом. Более плотной и более похожей на Землю планеты в М4 просто бы не получилось... С другой стороны, теория утверждала, что в звёздных скоплениях, где тяжёлых элементов мало, — планет не может быть вообще.
Похоже, что единственное, чего во Вселенной не может быть — так это чего-то невозможного.
Вселенная очень разнообразна, и в ней встречаются галактики, звезды, планеты, и еще множество самых разных объектов. И все они имеют разный возраст, как и люди. Например, возраст Солнечной системы, самого Солнца и всех планет одинаков – примерно 4.5 миллиардов лет, ведь они образовались в одно время из одного газо-пылевого облака. Но какая самая древняя планета известна вообще? Ведь наверняка есть и более старые.
Знакомьтесь, Мафусаил — самая древняя планета
Сейчас известны тысячи экзопланет, которые расположены у самых разных звёзд. И среди них есть одна, которая очень старая, даже по космическим меркам. Имя этого долгожителя – Мафусаил, или PSR B1620-26b.
Эта планета находится в созвездии Скорпиона, невообразимо далеко от нас – до нее 12400 световых лет. Мафусаил – огромная планета. Масса её в 2.5 раза превышает массу , а вот по размеру она чуть меньше его.
Что любопытно, она расположена в известном шаровом скоплении М4. Все звёзды этого скопления образовались в одно и то же время, примерно 12.7 миллиардов лет назад, поэтому и возраст планеты такой же. Планета Мафусаил старше нашей Земли втрое! И она появилась, когда сама Вселенная еще была совсем молодой!
Так выглядит самая древняя планета Мафусаил в программе Space Engine.Тогда, может быть, только появилась некая звезда, которая прожила свою жизнь, взорвалась, и спустя еще миллиарды лет из облака газа начала формироваться Солнечная система. А планета Мафусаил уже тогда была старой!
Еще любопытнее система, в которой «живет» эта самая древняя планета из всех нам известных. Дело в том, что это двойная система, одна из звезд которой – белый карлик, то есть звезда, давно закончившая свой жизненный путь и находящаяся на последнем этапе своей эволюции.
А вот другой компонент системы еще интереснее – это пульсар, который вращается с бешеной скоростью, 100 оборотов в секунду. Расстояние между пульсаром и карликом – всего 1 астрономическая единица, как от Земли до Солнца.
И вот на расстоянии в 23 астрономических единицы от этой двойной системы плывет по своей орбите планета Мафусаил, взирая на остатки своих когда-то ярких и величавых светил. Возможно, когда-то они давали жизнь, а теперь дают только смертоносное излучение. Для сравнения, расстояние от планеты до них примерно как от Солнца до Урана.
Хотя здесь есть разные гипотезы. Пульсары появляются после взрыва сверхновых, которые уничтожают все вокруг, в том числе и планеты. Так что, скорее всего, для Мафусаила родной звездой является белый карлик, а пульсар присоединился к системе позже, считается, что это произошло около 10 миллиардов лет назад. Тем более, в шаровом скоплении звёзды расположены гораздо теснее, и образование систем из соседей там никого не удивит.
Звезда, которая сейчас стала белым карликом – родная звезда Мафусаила. Когда она превратилась в красный гигант и заполнила свою полость Роша, её вещество стало перетекать на пульсар, который стал вращаться все быстрее. В итоге все закончилось тем, что красный гигант стал нестабильным, сбросил свое вещество, и сжался до белого карлика.
Как видим, в этой древней системе произошло много катаклизмов, и ожидаются еще. Дело в том, что она движется к центру шарового скопления, а там плотность звезд очень высока. Поэтому система испытает на себе немало гравитационного воздействия, может, войдет в другую систему, или будет разрушена. Или планету, вращающуюся по дальней орбите, захватит другая звезда. В любом случае, там явно не скучно.
Задолго до появления на свет Солнца и Земли около одного из похожих на Солнце светил нашей Галактики родилась планета-гигант. Спустя 13 миллиардов лет после этих событий Космическому телескопу имени Хаббла удалось точно измерить массу этой древнейшей экзопланеты - к тому же еще и самой удаленной от нас из известных сегодня. Удивительна ее история. Планету занесло в крайне недружелюбное и мало гостеприимное место: она обращается вокруг необычной двойной системы, оба компонента которой - сгоревшие звезды, давно завершившие свою активную эволюционную фазу. Вдобавок к этому сама система находится в густонаселенном ядре шарового звездного скопления.
Рис. 1. 5600 световых лет отделяет нас от шарового скопления М4, а значит и от найденной планеты. Галактические координаты скопления L=351° b=+16°. Это где-то над рукавом Стрельца - внутренним по отношению к нашему рукавом Млечного Пути.
Новые данные, полученные "Хабблом", завершают десятилетие бурных дебатов и гипотез относительно истинной природы этого древнейшего мира, который величественно и неторопливо обходит необычную двойную систему по широкой орбите, совершая один оборот за целое столетие. Планета оказалась в 2,5 раза тяжелее Юпитера. Само ее существование служит красноречивым свидетельством того, что рождение первых планет началось во Вселенной очень скоро после ее рождения - уже в первый миллиард лет после Большого Взрыва. Это открытие подталкивает астрономов к выводу о том, что планеты могут оказаться очень распространенным явлением в Космосе.
Сейчас эта планета находится почти
в самом ядре старого шарового скопления М4, которое мы видим на летнем
небе в созвездии Скорпиона, на расстоянии 5600 световых лет от Земли.
Как известно, шаровые скопления очень бедны тяжелыми элементами
по сравнению с Солнечной системой, поскольку они формировались во Вселенной
очень рано - в то время, когда элементы тяжелее гелия еще не успели "свариться"
в "ядерных котлах" звезд. По этой причине некоторые астрономы
даже склонялись к мысли, что в шаровых скоплениях может и вовсе не быть
планет. Вы наверное помните, каким весомым аргументом в пользу этой пессимистической
точки зрения стал уникальный эксперимент, проведенный в 1999 году с помощью
"Хаббла", во время которого астрономы прицельно искали "горячие
Юпитеры" в шаровом скоплении 47 Тукана и не обнаружили их там
ни одного! Нынешнее открытие "Хаббла" свидетельствует о том,
что в 1999 году астрономы, по-видимому, просто искали несколько не в том
месте и что гигантские газовые планеты на более далеких орбитах могут
быть весьма многочисленны даже в шаровых скоплениях.
Говорит Штейнн Сигурдсон
из Университета штата Пенсильвания: "Наш результат становится веским
аргументом в пользу того, что процесс зарождения планет весьма нетребователен
и с успехом обходится даже небольшим количеством тяжелых элементов. Это
значит, что он начался во Вселенной очень рано".
"Возможное обилие планет в шаровых скоплениях в высшей степени обнадеживает", - добавляет Харвей Риче из Университета Британской Колумбии. Говоря о возможном обилии, Харвей, конечно же, опирается на тот факт, что планета была открыта не где-нибудь, а в таком жутком на первый взгляд месте, как орбита вокруг двойной звезды, состоящей из гелиевого белого карлика и... быстровращающейся нейтронной звезды! Причем вся эта связка находится совсем рядом с густонаселенным ядром скопления, где частые тесные сближения с соседними светилами угрожают хрупким планетным системам полным распадом.
История открытия этой планеты началась еще 15 лет назад, в 1988 году, когда в шаровом скоплении М4 был открыт пульсар, получившие обозначение PSR B1620-26. Это был очень быстрый пульсар - нейтронная звезда вращалась почти 100 раз в секунду, излучая строго периодические импульсы в радиодиапазоне. Почти сразу после открытия у пульсара был найден компаньон - белый карлик, проявивший себя периодическим нарушением точности "тикания" пульсара. Он успевал обернуться вокруг нейтронной звезды всего за полгода (точнее за 191 сутки). Спустя некоторое время астрономы заметили, что даже с учетом влияния белого карлика с точностью хода у пульсара какие-то нелады. Так было обнаружено существование третьего компаньона, который обращается на некотором удалении от этой необычной пары. Им могла быть планета, но не исключался и вариант коричневого карлика, или даже маломассивной звезды (все зависело от угла наклона орбиты третьего компаньона к лучу зрения, который был неизвестен). Это и вызвало жаркие споры о природе загадочного третьего компаньона в системе пульсара PSR B1620-26, которые не утихали на протяжении 90-х годов прошлого века.
Рис. 2. На этом небольшом фрагменте околоядерной области шарового скопления М4 кружком отмечено положение невидимого в оптическом диапазоне пульсара PSR B1620-26, известное из радионаблюдений. Лишь две звезды попали в это поле: лежащая на его границе красноватая звездочка главной последовательности с массой около 0,45 Мс и определенно голубая звезда с блеском около 24 m , которая и оказалась белым карликом - компаньоном пульсара.
Сигурдсон, Риче и другие соавторы открытия смогли наконец разрешить этот спор, выполнив измерения истинной массы планеты весьма изобретательным способом. Они взяли лучшие снимки Хаббла середины 90-х годов, полученные в целях изучения белых карликов в М4. На них они смогли найти тот самый белый карлик, что вращается вокруг пульсара PSR B1620-26, и оценить его цвет и температуру. Используя эволюционные модели, рассчитанные Брэдом Хансеном из Калифорнийского университета, они оценили массу белого карлика (0,34±0,04 Мс ). Сравнив ее с наблюдаемыми биениями в периодических сигналах пульсара, они вычислили наклон орбиты белого карлика к лучу зрения. Вместе с точными данными из радиодиапазона о гравитационных возмущениях в движении белого карлика и нейтронной звезды по внутренней орбите, это позволило ограничить диапазон возможных значений угла наклона внешней орбиты третьего компаньона и тем самым установить его истинную массу. Всего 2,5±1 Мю ! Объект оказался слишком миниатюрным, чтобы быть не только звездой, но даже коричневым карликом. Значит, планета!
За ее плечами 13 млрд. лет. Это, согласитесь, почтенный возраст. В юности она, должно быть, вращалась вокруг своего молодого желтого солнца по орбите, подобной юпитерианской. Она пережила эпоху обжигающей ультрафиолетовой радиации, вспышек сверхновых и вызываемых ими ударных волн, которые неистово прокатывались по молодому шаровому скоплению огненным смерчем в дни его становления - в период бурного звездообразования. Около того времени, когда на Земле появились первые многоклеточные организмы, планета и ее родительская звезда вплыли в самую гущу околоядерной области М4. По-видимому, где-то здесь они подошли очень близко к старому-старому пульсару, который остался после вспышки какой-нибудь сверхновой еще с ранних дней жизни скопления и у которого тоже был свой компаньон. Во время сближения произошел гравитационный маневр (обмен механической энергией), в результате которого пульсар навсегда потерял свою пару, зато захватил на свою орбиту нашу звезду вместе с ее планетой. Так и родилась эта необычная троица, получившая в новой конфигурации ощутимый импульс отдачи, который устремил ее в менее населенные внешние части скопления. Вскоре, по мере старения, материнское светило планеты раздулось в красного гиганта и, заполнив свою полость Роша , стало сбрасывать материю на пульсар. Вместе с ней пульсару передавался вращательный момент, который снова раскрутил успокоившуюся было нейтронную звезду до очень высокой скорости, превратив ее в так называемый миллисекундный пульсар. А планета тем временем продолжала свой неспешный бег по орбите на расстоянии около 23 астрономических единиц от этой сцепившейся пары (приблизительно орбита Урана).
Какая она? Скорее всего, это газовый гигант без твердой поверхности, как у Земли. Появившись на свет очень рано в истории Вселенной, он по-видимому почти лишен таких элементов, как углерод и кислород. По этой причине очень маловероятно, чтобы на нем когда-нибудь была (или есть сейчас) жизнь. Даже если жизнь возникла, к примеру, где-нибудь на одной из его твердых лун, она бы едва ли пережила мощнейшие вспышки рентгена, сопровождавшие эпоху раскручивания пульсара, когда потоки нагревающегося газа перетекали от красного гиганта к нейтронной звезде. Как это ни печально, но трудно представить, чтобы какая-нибудь цивилизация стала свидетелем и соучастником длинной и драматической истории этой планеты, которая началась почти тогда же, когда и само время.
перевод:
А.И.Дьяченко, обозреватель журнала "Звездочет"
1). Термин экзопланета появился в астрономии совсем недавно, в конце XX века. Им называют планеты, открытые около других звезд вне Солнечной системы. (
Недавно найденную новую планету
назвали Мафусаилом
, в честь библейского патриарха, который жил 969 лет. Аналогия понятна: тысяча лет – невероятный возраст для человека, как и 13 миллиардов – невероятный возраст для планеты.
Первый вопрос, который возникает, когда читаешь фразу «13 миллиардов лет», — не ошибка ли это? Возникает он потому, что появление какой-либо планеты менее чем через миллиард лет после Большого Взрыва, кажется совершенно невероятным. По крайней мере, с точки зрения превалирующей теории эволюции Вселенной.
Ибо теория эта гласит: никаких тяжёлых элементов в первом поколении звёзд не было — один водород и немного гелия. Затем, по мере того, как такие звёзды расходовали своё газовое «топливо», они взрывались, и их останки, разлетаясь во всех направлениях, попадали на поверхность соседних звёзд (которые в самом начале Вселенной, естественно, находились гораздо ближе друг к другу, нежели сейчас). В результате реакций термоядерного синтеза образовывались новые элементы. Более тяжёлые.
Возраст Солнечной системы с её планетами, включая Землю, оценивается учёными приблизительно в 4,5 миллиардов лет. Большая часть известных экзопланет (то есть, планет, обнаруженных возле других звёзд), имеют приблизительно тот же возраст.
Это дало учёным повод говорить, что это — временной порог образования планет. Планет , содержащих тяжёлые элементы.
Тогда как может быть, чтобы планета возникла 13 миллиардов лет назад, если, по последним данным, самой Вселенной 13,7+/-0,2 миллиарда лет?
Однако же, если вдуматься, теоретически возможности появления такой планеты ничто не противоречит. NASA установило, что первые звёзды стали появляться во Вселенной уже через 200 миллионов лет после Большого Взрыва.
Поскольку в то время звёзды находились друг к другу значительно ближе, чем сейчас, по вполне понятным причинам, образование тяжёлых элементов могло происходить довольно-таки оживлёнными темпами.
Кроме того, надо иметь в виду, где именно располагается данная планета. Речь идёт о шаровом скоплении M4, состоящем преимущественно из древнейших, относящихся к первому поколению звёзд. Это скопление отстоит от Солнечной системы на расстояние 5600 световых лет, и для земного наблюдателя находится в созвездии Скорпиона.
Впрочем, о таких скоплениях известно, что тяжёлых элементов там очень мало. Именно в силу того, что составляющие его звёзды слишком древни.
Как раз поэтому, кстати, большинство астрономов не верили, что в шаровых скоплениях могут существовать планеты.
В 1988 году в M4 был обнаружен вращающийся со скоростью 100 оборотов в секунду пульсар PSR B1620-26. Вскоре возле него обнаружился белый карлик, и стало очевидно, что система двойная: пульсар и карлик вращались друг друга с периодом раз в земной год. Как раз по гравитационному воздействию на пульсар белый карлик и был вычислен.
Однако потом обнаружилось, что на пульсар воздействует ещё один космический объект. Кто-то выдвинул идею о планете. На него замахали руками, поскольку речь шла о шарообразном скоплении. Но споры продолжались: на протяжении всех 1990-х годов астрономы пытались понять, что это такое. Гипотез было три: планета, бурый карлик (то есть, практически полностью выгоревшая звезда) или некая совсем уж крошечная «обычная» звезда с очень незначительной массой.
Проблема была в том, что и масса белого карлика тогда установить не удавалось.
На помощь пришёл Хаббл. Данные, полученные этим телескопом, позволили в итоге вычислить точную массу и температуру белого карлика (а также его цвет). Выяснив массу карлика и сопоставив его с изменениями в радиосигналах, поступающих от пульсара, астрономы вычислили наклон его орбиты по отношению к Земле.
А, выяснив наклон орбиты белого карлика, учёные смогли определить и наклон орбиты предполагаемой планеты и вычислить её точную массу.
Двух с половиной масс Юпитера — это слишком мало и для звезды, и даже для бурого карлика. Соответственно, планета — единственный оставшийся вариант.
Учёные предполагают, что это газовый гигант, в котором тяжёлые элементы присутствуют в очень незначительных количествах — по указанным выше причинам.
Образовался Мафусаил возле молодой звезды, сходной по своим свойствам с молодым Солнцем.
Каким-то образом эта планета пережила всё, что можно было пережить — и бешеное ультрафиолетовое излучение, и радиацию от ближайших сверхновых, и ударные волны от их взрывов, — всё то, что сопровождало процессы гибели старых и образования новых звёзд в том, что впоследствии будет названо шаровым скоплением М4.
Планета и её звезда в один прекрасный миг приблизились к пульсару и оказались у него в ловушке. Возможно, у пульсара был до того свой спутник, который оказался выбит во внешнее пространство.
Звезда, вокруг которой вращается Мафусаил , со временем раздулась, превратившись в красного гиганта, а затем сжалась до состояния белого карлика, походя ускорив вращение пульсара.
Мафусаил же продолжал мерно вращаться вокруг обеих звёзд на расстоянии, приблизительно равном расстоянию от Солнца до Урана.
Факт существования такой планеты говорит уж хотя бы о том, что во Вселенной планет может быть гораздо больше, чем предполагалось раньше. С другой стороны, Мафусаил предположительно является газовым гигантом. Более плотной и более похожей на Землю планеты в М4 просто бы не получилось. С другой стороны, теория утверждала, что в звёздных скоплениях, где тяжёлых элементов мало, планет не может быть вообще. Так что вполне возможно, что в скором времени мы узнаем что-то новое о нашей Вселенной. Быть может, новый, еще более мощный, телескоп уже на подходе, и ждать ответов на наши вопросы остается все меньше.