Gli astrofisici dell'Università di Leida (Paesi Bassi) Michel Kama e Alessandro Patruno hanno dimostrato che potrebbero esserci pianeti adatti alla vita intorno alle stelle di neutroni. Così, in presenza di determinate condizioni, le superterre PSR B1257 + 12 d e PSR B1257 + 12 c, che hanno ricevuto i nomi Fobetor e Poltergeist, si trovano nella zona abitabile della stella PSR B1257 + 12, denominata Lich. Lo studio su questo argomento è stato pubblicato dagli autori in una delle pubblicazioni specializzate.
Al momento, gli scienziati conoscono circa tremila stelle di neutroni, ma solo due di loro hanno sistemi planetari in modo affidabile e alcune altre potrebbero avere tali sistemi. Va notato che i primi esopianeti furono scoperti proprio vicino a una stella di neutroni. È successo nel 1991. La scoperta è stata fatta dal radioastronomo polacco-americano A. Wolschan, che ha scoperto due esopianeti vicino a PSR B1257 + 12: Fobetor e Poltergeist. Ognuno di loro è circa quattro volte più pesante del nostro pianeta. Un anno dopo, questa scoperta è stata confermata dall'astronomo canadese Dale Frail.
Dopo un po 'di tempo, lì fu scoperto un altro esopianeta, PSR B1257 + 12 b, che si rivelò 50 volte più leggero della Terra. Si trova molto vicino a una stella di neutroni, quindi le condizioni su di essa non sono adatte nemmeno per la vita più estrema. Per quanto riguarda il Poltergeist, questo esopianeta è 4,3 volte più pesante della Terra, sulla sua superficie la temperatura raggiunge i 51-652 Kelvin. Il pianeta ruota attorno alla pulsar a una distanza di 0,36 unità astronomiche con un periodo di 66 giorni. Il secondo esopianeta, Phobetor, è più lontano dalla pulsar e leggermente più pesante del Poltergeist.
La stessa stella PSR B1257 + 12 si trova nella costellazione della Vergine, a una distanza di 2,3 mila anni luce dal nostro pianeta. È circa 1,4 volte più pesante del Sole, ma circa 125 trilioni di volte più piccolo di esso (il raggio della pulsar è di soli 10 chilometri). Gli astronomi stimano l'età di PSR B1257 + 12 a circa un miliardo di anni, cioè la pulsar è quattro volte più giovane del Sole. La stella ruota con un periodo di 0,06 secondi, i raggi X ad alta potenza emanano da essa nello spazio circostante. In precedenza si pensava che la vita su questi due esopianeti fosse impossibile, ma Patruno e Kama sono stati in grado di dimostrare che non era così.
La formazione di stelle di neutroni si verifica a seguito di un'esplosione di supernova, dopo di che spesso c'è abbastanza materia in orbita per formare un disco protoplanetario. Oltre alla pulsar PSR B1257 + 12, sono stati scoperti anche esopianeti intorno al PSR J1719-1438. Il satellite ricco di carbonio PSR J1719-1438 b potrebbe essere stato in precedenza una nana bianca. Gli scienziati ammettono anche che una cintura di asteroidi potrebbe esistere vicino a PSR J1937 + 21. Inoltre, gli scienziati interpretano alcuni fenomeni astronomici, in particolare il lampo di raggi gamma GRB 101225A, come una collisione tra una stella di neutroni e un asteroide o una cometa.
I ricercatori hanno tradizionalmente identificato tre tipi di pianeti che possono essere vicini a stelle di neutroni. Il primo tipo comprende pianeti tipici, che sono un sottoprodotto della formazione stellare e che si sono formati anche prima dell'esplosione della supernova e della comparsa della stella di neutroni stessa. Il secondo tipo include pianeti formati dalla materia che è stata lasciata dopo un'esplosione di supernova vicino a una stella di neutroni. I pianeti del terzo tipo sono pianeti formati dalla materia di un satellite distrutto di una stella di neutroni (ad esempio, PSR J1719-1438 b). Questo tipo è tipico per i satelliti di stelle millisecondi, in particolare per PSR B1257 + 12 e PSR J1719-1438.
Gli scienziati ipotizzano che i pianeti attorno alle stelle di neutroni siano l'eccezione piuttosto che la regola. I raggi gamma e X ad alta energia, così come il cosiddetto vento pulsar, possono distruggere qualsiasi oggetto per un periodo da un milione a un miliardo di anni. Allo stesso tempo, un corpo celeste relativamente piccolo, che è abbastanza lontano dalla stella, ha la possibilità di mantenere un'orbita stabile per lungo tempo. Per questo motivo, nonostante il numero relativamente ridotto di pulsar con pianeti, a causa del gran numero di stelle di neutroni stesse (circa un miliardo) all'interno della Via Lattea, il numero di sistemi planetari intorno a loro raggiunge i 10 milioni.
I sistemi planetari vicino alle pulsar non devono essere simili a quelli trovati vicino alle stelle della sequenza principale. Quindi, ad esempio, l'abitabilità di un pianeta è solitamente definita da termini come la temperatura superficiale di equilibrio, la data energia radiante ricevuta dalla stella ospite. Questa energia viene calcolata in prima approssimazione come radiazione di corpo nero che raggiunge il suo massimo nelle gamme ottiche, infrarosse o ultraviolette. In questo caso si individuano zone abitabili tipiche a una distanza che va da poche quote a unità astronomiche.
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La zona abitabile, di dimensioni molto inferiori rispetto alle stelle della sequenza principale, è calcolata per le nane bianche (il Sole si trasformerà in un oggetto di questo tipo tra 8 miliardi di anni). Quando in 3 miliardi di anni la stella si raffredderà fino a raggiungere una temperatura di circa 10mila kelvin, la posizione della zona abitabile sarà a una distanza di 0,005-0,02 unità astronomiche. Quando si tratta di stelle di neutroni, la radiazione di corpo nero più brillante corrisponde ai raggi X, quando si osservano molte particelle ionizzanti ad alta energia. Allo stesso tempo, la radiazione ultravioletta, ottica e infrarossa è praticamente assente.
Gli autori dello studio hanno utilizzato un software speciale che analizza le fotografie del sistema PSR B1257 + 12, ottenute il 3 maggio 2007 utilizzando il telescopio spaziale a raggi X Chandra. Inoltre, hanno utilizzato i dati osservativi del 22 maggio 2005 per confrontare le loro scoperte con quelle di altri scienziati. Secondo stime preliminari, la temperatura superficiale della pulsar raggiunge 1,1 milioni di Kelvin e vicino ad essa, a una distanza di una frazione di unità astronomiche, potrebbe esistere un disco di polvere.
Per l'eventuale vita su Phobetor e Poltergeist, il pericolo principale e, allo stesso tempo, la principale fonte di calore possono essere i raggi X, che possono provocare un notevole riscaldamento dell'atmosfera dei pianeti. I raggi X gamma e duri penetrano nell'atmosfera molto più in profondità dei raggi X molli e delle radiazioni ultraviolette. Tuttavia, nel caso in cui gli involucri del gas siano ampi, le radiazioni pericolose non possono raggiungere la superficie del pianeta.
Secondo le ipotesi di Kama e Patruno, i pianeti che ruotano attorno a pulsar isolate dovrebbero evolversi come corpi celesti che ruotano attorno alle stelle della sequenza principale, che emettono forti raggi X all'inizio della loro evoluzione. Sul nostro pianeta, i raggi X vengono rapidamente bloccati dalla termosfera, in cui il gas viene ionizzato quando interagisce con i raggi ultravioletti e X. Questo strato ha una temperatura abbastanza alta, che è di centinaia - migliaia di Kelvin. Allo stesso tempo, questo strato è inefficace come fonte di calore perché è rarefatto.
Secondo la tesi generalmente accettata, la zona abitabile è l'area intorno a una stella in cui un pianeta simile alla Terra (cioè un pianeta che ha un'atmosfera di anidride carbonica, azoto e acqua) può avere una quantità sufficiente di acqua liquida sulla sua superficie. Molto spesso una condizione necessaria ma insufficiente per l'abitabilità del pianeta, gli scienziati ritengono che l'indicatore della sua temperatura di equilibrio non scenda sotto i 270 kelvin. Kama e Patruno hanno calcolato la zona abitabile intorno alla pulsar PSR B1257 + 12 utilizzando stime della radiazione che raggiunge Phobetor e Poltergeist, ipotizzando che la temperatura di equilibrio delle due super-Terre sia di 175-275 Kelvin.
Ciò è del tutto possibile, poiché l'atmosfera dei grandi pianeti ha un gradiente di temperatura più elevato rispetto alla Terra, la cui atmosfera è abbastanza omogenea. Sulla base di ciò, i ricercatori hanno concluso che se i raggi X sono la principale fonte di energia per i pianeti, allora tutti e tre i pianeti del sistema PSR B1257 + 12 non sono adatti alla vita, perché lì fa troppo freddo. Ma se prendiamo in considerazione la radiazione gamma che si verifica a causa del vento pulsar nell'atmosfera dei pianeti, i confini della zona abitabile vengono spostati di una distanza di 2-5 unità astronomiche.
Tra questi due possibili scenari, c'è uno spazio di parametri in cui Fobetor e Poltergeist rientrano nella zona abitabile. Inoltre, gli autori dello studio hanno dimostrato che il pianeta più antico conosciuto dall'uomo - PSR B1620-26 - anche nel caso più ottimista, non può essere abitabile. Per quanto riguarda la pulsar PSR J1719-1438, gli scienziati attualmente dispongono di dati insufficienti sulla radiazione a raggi X, quindi non è possibile trarre conclusioni definitive. Secondo gli scienziati, la luminosità ai raggi X della maggior parte delle pulsar isolate con il deflusso di materia in una compagna su una stella di neutroni (il cosiddetto accrescimento di Bondi-Hoyle) è molto superiore a quella del PSR B1257 + 12, che è atipico in questo senso.
In altre parole, per i pianeti simili alla Terra, la zona abitabile attorno a una stella di neutroni esiste per un tempo relativamente breve. E per le super terre con un'atmosfera densa, la zona abitabile dura molto più a lungo. Gli scienziati hanno calcolato che se il nostro pianeta fosse 1-10 unità astronomiche da PSR B1257 + 12 e se la sua atmosfera rappresentasse circa l'uno percento della massa dell'intero pianeta, la Terra perderebbe il suo guscio di gas in circa 10 milioni di anni. Nelle stesse condizioni, le super-Terre con atmosfere spesse avrebbero perso il loro involucro di gas in circa un trilione di anni.
Come notano i ricercatori, il più grande pericolo per l'atmosfera non sono i raggi X, ma i venti pulsar. Agiscono in un determinato momento: esiste una sorta di linea della morte che determina il momento in cui la stella di neutroni smette di produrre vento. Nelle pulsar giovani, ciò accade in circa un milione di anni e in stelle millisecondi, miliardi di anni. Tuttavia, secondo gli scienziati, questo elimina la fonte di energia del pianeta, a seguito della quale la sua temperatura scende bruscamente e viene esclusa qualsiasi possibilità di determinare la zona abitabile. Tuttavia, in questo caso, rimane l'accrescimento di Bondi-Hoyle, che può generare abbastanza radiazioni di raggi X, riscaldando così il pianeta. Inoltre, la temperatura può essere mantenuta riscaldando la marea.
Nel caso in cui l'asse di rotazione della stella di neutroni e l'asse magnetico divergano fortemente, il vento della pulsar potrebbe non raggiungere affatto la superficie del pianeta. Nel piano equatoriale, in cui si trovano spesso i pianeti, non c'è vento pulsar, c'è solo radiazione di raggi X. Gli scienziati per questo caso hanno calcolato che l'atmosfera di Phobetor e Poltergeist nel corso di 850 milioni di anni ha perso circa 0,0005 masse terrestri, che è circa 0,0001 della propria massa. Questo è molto piccolo, specialmente se l'atmosfera PSR B1257 + 12 d e PSR B1257 + 12 c rappresentano, secondo l'ipotesi generalmente accettata, circa l'uno percento della massa dei pianeti.
Questo studio non offre l'opportunità di trarre conclusioni inequivocabili che le super-Terre vicino a PSR B1257 + 12 siano all'interno della zona abitabile. Al momento, la sua determinazione è impossibile per le pulsar, inclusa la stella di neutroni PSR B1257 + 12. Allo stesso tempo, lo studio ha dimostrato che se Phobetor e Poltergeist hanno un'atmosfera potente e densa, allora teoricamente questi pianeti possono essere adatti alla vita.
