Astrofísicos da Universidade de Leiden (Holanda) Michel Kama e Alessandro Patruno provaram que planetas adequados para a vida podem existir em torno de estrelas de nêutrons. Assim, na presença de certas condições, as superterras PSR B1257 + 12 d e PSR B1257 + 12 c, que receberam os nomes Fobetor e Poltergeist, encontram-se na zona habitável da estrela PSR B1257 + 12, denominada Lich. O estudo sobre o tema foi publicado pelos autores em uma das publicações especializadas.
No momento, os cientistas conhecem cerca de três mil estrelas de nêutrons, mas apenas duas delas têm sistemas planetários confiáveis, e algumas podem ter esses sistemas. Deve-se notar que os primeiros exoplanetas foram descobertos precisamente perto de uma estrela de nêutrons. Aconteceu em 1991. A descoberta foi feita pelo rádio astrônomo polonês-americano A. Wolschan, que descobriu dois exoplanetas perto do PSR B1257 + 12 - Fobetor e Poltergeist. Cada um deles é cerca de quatro vezes mais pesado que nosso planeta. Um ano depois, essa descoberta foi confirmada pelo astrônomo canadense Dale Frail.
Depois de algum tempo, outro exoplaneta, PSR B1257 + 12 b, foi descoberto lá, que acabou sendo 50 vezes mais leve que a Terra. Ele está localizado muito perto de uma estrela de nêutrons, então as condições nele não são adequadas nem mesmo para a vida mais extrema. Quanto ao Poltergeist, este exoplaneta é 4,3 vezes mais pesado que a Terra, em sua superfície a temperatura chega a 51-652 Kelvin. O planeta gira em torno do pulsar a uma distância de 0,36 unidades astronômicas com um período de 66 dias. O segundo exoplaneta, Fobetor, está mais distante do pulsar e ligeiramente mais pesado do que o Poltergeist.
A própria estrela PSR B1257 + 12 está localizada na constelação de Virgem, a uma distância de 2,3 mil anos-luz de nosso planeta. É cerca de 1,4 vezes mais pesado que o Sol, mas cerca de 125 trilhões de vezes menor que ele (o raio do pulsar é de apenas 10 quilômetros). Os astrônomos estimam a idade do PSR B1257 + 12 em cerca de um bilhão de anos, ou seja, o pulsar é quatro vezes mais jovem que o sol. A estrela gira com um período de 0,06 segundos, raios-X de alta potência emanam dela para o espaço circundante. Anteriormente, pensava-se que a vida nesses dois exoplanetas era impossível, mas Patruno e Kama foram capazes de provar que não era esse o caso.
A formação de estrelas de nêutrons ocorre como resultado de uma explosão de supernova, após a qual muitas vezes há matéria suficiente em órbita para formar um disco protoplanetário. Além do pulsar PSR B1257 + 12, exoplanetas também foram descobertos em torno do PSR J1719-1438. O satélite rico em carbono PSR J1719-1438 b pode muito bem ter sido anteriormente uma anã branca. Os cientistas também admitem que um cinturão de asteróides pode existir perto de PSR J1937 + 21. Além disso, os cientistas interpretam alguns fenômenos astronômicos, em particular a explosão de raios gama GRB 101225A, como uma colisão de uma estrela de nêutrons e um asteróide ou cometa.
Os pesquisadores tradicionalmente identificaram três tipos de planetas que podem estar perto de estrelas de nêutrons. O primeiro tipo inclui planetas típicos, que são um subproduto da formação de estrelas e que se formaram antes mesmo da explosão da supernova e do aparecimento da própria estrela de nêutrons. O segundo tipo inclui planetas que são formados a partir da matéria que sobrou após a explosão de uma supernova perto de uma estrela de nêutrons. Planetas do terceiro tipo são planetas formados a partir da matéria de um satélite destruído de uma estrela de nêutrons (por exemplo, PSR J1719-1438 b). Este tipo é típico para satélites de estrelas de milissegundos, em particular, para PSR B1257 + 12 e PSR J1719-1438.
Os cientistas especulam que os planetas ao redor das estrelas de nêutrons são a exceção e não a regra. Raios-X e gama de alta energia, bem como o chamado vento pulsar, podem destruir qualquer objeto em um período de um milhão a um bilhão de anos. Ao mesmo tempo, um corpo celeste relativamente pequeno, que está longe o suficiente da estrela, tem a chance de manter uma órbita estável por muito tempo. Por esse motivo, apesar do número relativamente pequeno de pulsares com planetas, devido ao grande número de estrelas de nêutrons próprias (cerca de um bilhão) dentro da Via Láctea, o número de sistemas planetários ao seu redor chega a 10 milhões.
Os sistemas planetários próximos aos pulsares não precisam ser semelhantes aos encontrados perto das estrelas da sequência principal. Assim, por exemplo, a habitabilidade de um planeta é geralmente definida por termos como a temperatura de equilíbrio da superfície, a energia radiante dada recebida da estrela hospedeira. Esta energia é calculada em uma primeira aproximação como radiação de corpo negro atingindo seu máximo nas faixas ótica, infravermelha ou ultravioleta. Nesse caso, as zonas habitáveis típicas são identificadas a uma distância que varia de alguns compartilhamentos a unidades astronômicas.
Vídeo promocional:
A zona habitável, que é muito menor em tamanho do que perto das estrelas da seqüência principal, é calculada para anãs brancas (o Sol se transformará em um objeto desse tipo em 8 bilhões de anos). Quando em 3 bilhões de anos a estrela esfriar a uma temperatura de cerca de 10 mil Kelvin, a localização da zona habitável estará a uma distância de 0,005-0,02 unidades astronômicas. Quando se trata de estrelas de nêutrons, a radiação de corpo negro mais brilhante corresponde aos raios X, quando muitas partículas ionizantes de alta energia são observadas. Ao mesmo tempo, a radiação ultravioleta, óptica e infravermelha está praticamente ausente.
Os autores do estudo usaram um software especial que analisa as fotografias do sistema PSR B1257 + 12, obtidas em 3 de maio de 2007 com o telescópio espacial de raios-X Chandra. Além disso, eles usaram dados observacionais de 22 de maio de 2005 para comparar suas descobertas com as de outros cientistas. De acordo com estimativas preliminares, a temperatura da superfície do pulsar chega a 1,1 milhão de kelvin e, próximo a ela, a uma distância de uma fração de unidades astronômicas, pode existir um disco de poeira.
Para uma possível vida em Phobetor e Poltergeist, o principal perigo e ao mesmo tempo, a principal fonte de calor podem ser os raios X, que podem provocar um aquecimento significativo da atmosfera dos planetas. Os raios gama e duros penetram na atmosfera muito mais profundamente do que os raios X suaves e a radiação ultravioleta. No entanto, no caso de os envoltórios de gás serem largos, a radiação perigosa não pode atingir a superfície do planeta.
De acordo com as suposições de Kama e Patruno, os planetas que giram em torno de pulsares isolados devem evoluir como corpos celestes girando em torno das estrelas da sequência principal, que emitem fortes raios-X no início de sua evolução. Em nosso planeta, os raios X são rapidamente bloqueados pela termosfera, na qual o gás é ionizado quando interage com o ultravioleta e os raios-X. Esta camada tem uma temperatura bastante alta, que é de centenas - milhares de Kelvin. Ao mesmo tempo, essa camada é ineficaz como fonte de calor porque é rarefeita.
De acordo com a tese geralmente aceita, a zona habitável é a área ao redor de uma estrela na qual um planeta semelhante à Terra (ou seja, um planeta que tem uma atmosfera de dióxido de carbono, nitrogênio e água) pode ter uma quantidade suficiente de água líquida em sua superfície. Muitas vezes uma condição necessária, mas insuficiente para a habitabilidade do planeta, os cientistas acreditam que o indicador de sua temperatura de equilíbrio não cai abaixo de 270 kelvin. Kama e Patruno calcularam a zona habitável em torno do pulsar PSR B1257 + 12 usando estimativas da radiação atingindo Fobetor e Poltergeist, hipotetizando que a temperatura de equilíbrio das duas super-Terras é 175-275 Kelvin.
Isso é bem possível, uma vez que a atmosfera dos grandes planetas tem um gradiente de temperatura mais alto do que na Terra, cuja atmosfera é bastante homogênea. Com base nisso, os pesquisadores concluíram que se os raios X são a principal fonte de energia para os planetas, então todos os três planetas do sistema PSR B1257 + 12 são inadequados para a vida, porque é muito frio. Mas se levarmos em conta a radiação gama que ocorre devido ao vento pulsar na atmosfera dos planetas, então os limites da zona habitável são deslocados por uma distância de 2-5 unidades astronômicas.
Entre esses dois cenários possíveis, há um espaço de parâmetros em que Fobetor e Poltergeist caem na zona habitável. Além disso, os autores do estudo provaram que o planeta mais antigo conhecido pelo homem - PSR B1620-26 - mesmo no caso mais otimista, não pode ser habitável. Com relação ao pulsar PSR J1719-1438, os cientistas atualmente têm poucos dados sobre a radiação de raios-X, portanto, nenhuma conclusão definitiva pode ser tirada. Segundo os cientistas, a luminosidade de raios-X da maioria dos pulsares isolados com saída de matéria para uma companheira de uma estrela de nêutrons (o chamado acúmulo de Bondi-Hoyle) é muito maior do que a de PSR B1257 + 12, que é atípica nesse sentido.
Em outras palavras, para planetas semelhantes à Terra, a zona habitável em torno de uma estrela de nêutrons existe por um tempo relativamente curto. E para superplanares com atmosfera densa, a zona habitável dura muito mais. Os cientistas calcularam que se nosso planeta fosse de 1 a 10 unidades astronômicas de PSR B1257 + 12, enquanto se sua atmosfera fosse responsável por cerca de 1% da massa de todo o planeta, a Terra perderia sua camada de gás em cerca de 10 milhões de anos. Sob as mesmas condições, as super-Terras com atmosferas densas teriam perdido seu envelope de gás em cerca de um trilhão de anos.
Como observam os pesquisadores, o maior perigo para a atmosfera não são os raios X, mas os ventos pulsares. Eles agem em um determinado momento - há uma espécie de linha da morte que determina o momento em que a estrela de nêutrons para de produzir vento. Em jovens pulsares, isso acontece em cerca de um milhão de anos, e em estrelas de milissegundos, em bilhões de anos. No entanto, segundo os cientistas, isso elimina a fonte de energia do planeta, o que faz com que sua temperatura caia drasticamente, excluindo-se qualquer possibilidade de determinar a zona habitável. Porém, neste caso, permanece a acumulação de Bondi-Hoyle, que pode gerar radiação de raios X suficiente, aquecendo o planeta. Além disso, a temperatura pode ser mantida pelo aquecimento das marés.
No caso de o eixo de rotação da estrela de nêutrons e o eixo magnético divergirem fortemente, o vento do pulsar pode não atingir a superfície do planeta. No plano equatorial, no qual os planetas estão freqüentemente localizados, não há vento pulsar, há apenas radiação de raios-X. Os cientistas para tal caso calcularam que a atmosfera de Fobetor e Poltergeist ao longo de 850 milhões de anos perdeu aproximadamente 0,0005 massas terrestres, o que é aproximadamente 0,0001 de sua própria massa. Isso é muito pequeno, especialmente se a atmosfera PSR B1257 + 12 d e PSR B1257 + 12 c representam, de acordo com a suposição geralmente aceita, cerca de um por cento da massa dos planetas.
Este estudo não oferece uma oportunidade de tirar conclusões inequívocas de que as super-Terras próximas a PSR B1257 + 12 estão dentro da zona habitável. No momento, sua determinação é impossível para pulsares, incluindo a estrela de nêutrons PSR B1257 + 12. Ao mesmo tempo, o estudo mostrou que se Fobetor e Poltergeist têm uma atmosfera densa e poderosa, então, teoricamente, esses planetas podem ser adequados para a vida.
