Astrofyzici na univerzite v Leidene (Holandsko) Michel Kama a Alessandro Patruno dokázali, že okolo neutrónových hviezd môžu existovať planéty vhodné pre život. Takže za prítomnosti určitých podmienok sa superzemia PSR B1257 + 12 d a PSR B1257 + 12 c, ktoré dostali názvy Fobetor a Poltergeist, nachádzajú v obývateľnej zóne hviezdy PSR B1257 + 12, zvanej Lich. Štúdiu na túto tému autori publikovali v jednej zo špecializovaných publikácií.
V súčasnosti vedci poznajú asi 3 000 neutrónových hviezd, ale iba dve z nich majú spoľahlivo planétové systémy a niektoré z nich môžu mať také systémy. Je potrebné poznamenať, že prvé exoplanety boli objavené presne v blízkosti neutrónovej hviezdy. Stalo sa to v roku 1991. Tento objav urobil poľsko-americký rádio astronóm A. Wolschan, ktorý objavil dva exoplanety blízko PSR B1257 + 12 - Fobetor a Poltergeist. Každá z nich je asi štyrikrát ťažšia ako naša planéta. O rok neskôr tento objav potvrdil kanadský astronóm Dale Frail.
Po nejakom čase sa tu objavil ďalší exoplanet, PSR B1257 + 12 b, ktorý sa ukázal byť 50-krát ľahší ako Zem. Je umiestnená veľmi blízko neutrónovej hviezdy, takže podmienky na nej nie sú vhodné ani pre najextrémnejší život. Čo sa týka poltergeistu, tento exoplanet je 4,3-krát ťažší ako Zem, na jeho povrchu teplota dosahuje 51-652 Kelvinov. Planéta sa točí okolo pulzaru vo vzdialenosti 0,36 astronomických jednotiek s periódou 66 dní. Druhý exoplanet, Phobetor, je ďalej od pulzaru a je o niečo ťažší ako Poltergeista.
Samotná hviezda PSR B1257 + 12 sa nachádza v súhvezdí Panna vo vzdialenosti 2,3 tisíc svetelných rokov od našej planéty. Je asi 1,4 krát ťažšia ako Slnko, ale asi 125 biliónov krát menšia (polomer pulzaru je len 10 kilometrov). Astronómovia odhadujú vek PSR B1257 + 12 na asi miliardu rokov, to znamená, že pulzar je štyrikrát mladší ako Slnko. Hviezda sa otáča s periódou 0,06 sekundy, z nej vyžarujú vysokovýkonné röntgenové lúče do okolitého priestoru. Už predtým sa predpokladalo, že život na týchto dvoch exoplanetách je nemožný, ale Patruno a Kama dokázali dokázať, že tomu tak nebolo.
K tvorbe neutrónových hviezd dochádza v dôsledku explózie supernovy, po ktorej je na obežnej dráhe často dostatok hmoty na vytvorenie protoplanetárneho disku. Okrem pulzaru PSR B1257 + 12 boli objavené aj exoplanety okolo PSR J1719-1438. Satelit PSR J1719-1438 b bohatý na uhlíky mohol byť predtým bielym trpaslíkom. Vedci tiež pripúšťajú, že v blízkosti PSR J1937 + 21 môže existovať pás asteroidov. Vedci interpretujú niektoré astronomické javy, najmä výbuch gama lúčov GRB 101225A, ako zrážku neutrónovej hviezdy a asteroidu alebo kométy.
Vedci už tradične identifikovali tri typy planét, ktoré môžu byť blízko neutrónových hviezd. Prvý typ zahŕňa typické planéty, ktoré sú vedľajším produktom tvorby hviezd a ktoré sa vytvorili ešte pred výbuchom supernovy a objavením sa samotnej neutrónovej hviezdy. Druhý typ zahŕňa planéty, ktoré sa tvoria z hmoty, ktorá zostala po explózii supernovy v blízkosti neutrónovej hviezdy. Planéty tretieho typu sú planéty, ktoré sa vytvorili z hmoty zničeného satelitu neutrónovej hviezdy (napríklad PSR J1719-1438 b). Tento typ je typický pre satelity milisekundových hviezd, najmä pre PSR B1257 + 12 a PSR J1719-1438.
Vedci špekulujú, že planéty okolo neutrónových hviezd sú skôr výnimkou ako pravidlom. Vysokoenergetické žiarenie gama a röntgenové lúče, ako aj tzv. Pulsarový vietor, môžu zničiť akýkoľvek predmet v období od miliónu do miliardy rokov. Zároveň má relatívne malé nebeské teleso, ktoré je dosť ďaleko od hviezdy, šancu udržať si stabilnú obežnú dráhu po dlhú dobu. Z tohto dôvodu, napriek relatívne malému počtu pulzarov s planétami, v dôsledku veľkého počtu samotných neutrónových hviezd (asi miliarda) v Mliečnej dráhe, počet planetárnych systémov okolo nich dosahuje 10 miliónov.
Planetárne systémy v blízkosti pulzarov nemusia byť podobné tým, ktoré sa nachádzajú v blízkosti hviezd hlavnej sekvencie. Napríklad napríklad obývateľnosť planéty je zvyčajne definovaná pojmami, ako je rovnovážna povrchová teplota, daná sálavá energia prijatá od hostiteľskej hviezdy. Táto energia sa počíta pri prvej aproximácii ako žiarenie čiernych telies, ktoré dosahuje maximum v optickom, infračervenom alebo ultrafialovom rozsahu. V tomto prípade sú typické obývateľné zóny identifikované vo vzdialenosti od niekoľkých podielov až po astronomické jednotky.
Propagačné video:
Obytná zóna, ktorá je omnoho menšia ako v blízkosti hviezd hlavnej sekvencie, sa počíta pre bielych trpaslíkov (Slnko sa zmení na objekt tohto druhu za 8 miliárd rokov). Keď sa hviezda za 3 miliardy rokov ochladí na teplotu asi 10 000 kelvinov, umiestnenie obývateľnej zóny bude vo vzdialenosti 0,005 - 0,02 astronomických jednotiek. Pokiaľ ide o neutrónové hviezdy, najjasnejšie žiarenie čiernych telies zodpovedá röntgenovým lúčom, keď sa pozoruje veľa vysokoenergetických ionizujúcich častíc. Zároveň prakticky chýba ultrafialové, optické a infračervené žiarenie.
Autori štúdie použili špeciálny softvér, ktorý analyzuje fotografie systému PSR B1257 + 12, ktoré boli získané 3. mája 2007 pomocou röntgenového vesmírneho teleskopu Chandra. Okrem toho použili pozorovacie údaje z 22. mája 2005 na porovnanie svojich zistení so zisteniami iných vedcov. Podľa predbežných odhadov povrchová teplota pulzaru dosahuje 1,1 milióna kelvinov a blízko neho vo vzdialenosti zlomku astronomických jednotiek môže existovať prachový disk.
Pre možný život na Phobetore a Poltergeistovi, hlavnom nebezpečenstve a súčasne hlavnom zdroji tepla môžu byť röntgenové lúče, ktoré môžu spôsobiť výrazné zahriatie atmosféry planét. Gama a tvrdé röntgenové lúče prenikajú do atmosféry oveľa hlbšie ako mäkké röntgenové lúče a ultrafialové žiarenie. Avšak v prípade, že sú plynové obálky široké, nebezpečné žiarenie sa nemôže dostať na povrch planéty.
Podľa predpokladov Kamy a Patruna by sa planéty, ktoré sa točia okolo izolovaných pulzarov, mali vyvíjať ako nebeské telá otáčajúce sa okolo hviezd hlavnej sekvencie, ktoré emitujú silné röntgenové lúče na začiatku svojho vývoja. Na našej planéte sú röntgenové lúče rýchlo blokované termosférou, v ktorej je plyn ionizovaný, keď interaguje s ultrafialovým a röntgenovým žiarením. Táto vrstva má pomerne vysokú teplotu, čo sú stovky - tisíce Kelvinov. Zároveň je táto vrstva neúčinná ako zdroj tepla, pretože je vzácna.
Podľa všeobecne akceptovanej tézy je obývateľná zóna oblasť okolo hviezdy, v ktorej planéta podobná Zemi (tj planéta s atmosférou oxidu uhličitého, dusíka a vody) môže mať na svojom povrchu dostatočné množstvo tekutej vody. Vedci sa veľmi často stávajú nevyhnutnou, ale nedostatočnou podmienkou pre obývateľnosť planéty, pretože ukazovateľ jej rovnovážnej teploty neklesne pod 270 kelvinov. Kama a Patruno vypočítali obytnú zónu okolo pulzaru PSR B1257 + 12 pomocou odhadov žiarenia dosahujúceho Phobetora a Poltergeistu, pričom sa predpokladalo, že rovnovážna teplota dvoch super-Zemí je 175 - 275 Kelvinov.
Je to celkom možné, pretože atmosféra veľkých planét má vyšší teplotný gradient ako na Zemi, ktorého atmosféra je dosť homogénna. Na základe toho vedci dospeli k záveru, že ak sú röntgenové lúče hlavným zdrojom energie pre planéty, potom všetky tri planéty systému PSR B1257 + 12 nie sú vhodné na život, pretože tam je príliš chladno. Ak však vezmeme do úvahy gama žiarenie, ku ktorému dochádza v dôsledku pulzárneho vetra v atmosfére planét, potom sa hranice obytnej zóny posunú o vzdialenosť 2 až 5 astronomických jednotiek.
Medzi týmito dvoma možnými scenármi existuje priestor parametrov, v ktorom Fobetor a Poltergeist spadajú do obývateľnej zóny. Okrem toho autori štúdie dokázali, že najstaršia planéta známa človeku - PSR B1620-26 - nemôže byť obývateľná ani v najoptimistickejšom prípade. Pokiaľ ide o pulzar PSR J1719-1438, vedci v súčasnosti majú príliš málo údajov o röntgenovom žiarení, takže nie je možné vyvodiť žiadne definitívne závery. Podľa vedcov je röntgenová svietivosť väčšiny izolovaných pulzarov s odtokom látky do spoločníka na neutrónovú hviezdu (takzvaná Bondiho-Hoyleova narastanie) výrazne vyššia ako v prípade PSR B1257 + 12, čo je v tomto zmysle atypické.
Inými slovami, pre planéty podobné Zemi existuje obývateľná zóna okolo neutrónovej hviezdy relatívne krátko. A pre super pozemky s hustou atmosférou trvá obytná zóna oveľa dlhšie. Vedci vypočítali, že ak by naša planéta bola 1-10 astronomických jednotiek z PSR B1257 + 12, a keby jej atmosféra predstavovala približne jedno percento hmotnosti celej planéty, potom by Zem stratila svoj plynový obal približne o 10 miliónov rokov. Za rovnakých podmienok by super-Zem s hustou atmosférou stratilo svoju plynovú obálku asi za bilión rokov.
Ako vedci poznamenávajú, najväčším nebezpečenstvom pre atmosféru nie sú röntgenové lúče, ale vietor s pulzánom. Konajú v určitom čase - existuje určitá hranica smrti, ktorá určuje okamih, keď neutrónová hviezda prestane vytvárať vietor. U mladých pulzárov sa to stane asi za milión rokov a v milisekundách hviezdy, miliardy rokov. Podľa vedcov to však vylučuje zdroj energie planéty, v dôsledku čoho jej teplota prudko klesá a je vylúčená akákoľvek možnosť určenia obývateľnej zóny. V tomto prípade však zostáva Bondiho-Hoylovo narastanie, ktoré môže generovať dostatok röntgenového žiarenia, a tak ohrev planéty. Okrem toho sa môže teplota udržiavať prílivovým zahrievaním.
V prípade, že sa os rotácie neutrónovej hviezdy a magnetická os silne odkloní, nemusí pulzárny vietor vôbec dosiahnuť povrch planéty. V rovníkovej rovine, v ktorej sa planéty často nachádzajú, nie je žiadny pulzarový vietor, existuje iba röntgenové žiarenie. Vedci v takom prípade vypočítali, že atmosféra Phobetora a Poltergeistu za 850 miliónov rokov stratila približne 0,0005 hmotností Zeme, čo je približne 0,0001 vlastnej hmotnosti. To je veľmi malé, najmä ak atmosféra PSR B1257 + 12 d a PSR B1257 + 12 c pripadá podľa všeobecne akceptovaného predpokladu asi jedno percento z hmotnosti planét.
Táto štúdia neposkytuje príležitosť vyvodiť jednoznačné závery, že super-Zeme blízko PSR B1257 + 12 sa nachádzajú v obývateľnej zóne. V súčasnosti nie je možné jej stanovenie pre pulzary, vrátane neutrónovej hviezdy PSR B1257 + 12. Štúdia zároveň ukázala, že ak majú Phobetor a Poltergeist silnú a hustú atmosféru, potom môžu byť tieto planéty teoreticky vhodné pre život.