Kā zvaigznes kļūst par «melnajām atraitnēm» — negaidīts astronomu atklājums 0 52

Pēc supernovu sprādzieniem palikušas zvaigžņu atliekas ar noteiktu masu bieži kļūst par neitronzvaigznēm — ar masu aptuveni kā Saulei, bet diametrā aptuveni 20 kilometru.

Retumis pie šādām ultrablīvām «mirušajām zvaigznēm» atrod diezgan neparastas planētas. Dažas no tām zinātnieki pat uzskata par potenciāli apdzīvojamām. Jauni novērojumi ar Džeimsa Veba kosmisko teleskopu palīdzēja atklāt, ka viena no tām ir aprīkota ar viseksotiskāko no visām astronomiem zināmajām gāzveida apvalkām. Tā ir tik neparasta, ka tajā var snigt dimantu sniegs.

Starptautiska astronomu grupa, ar infrasarkanā kosmiskā teleskopa Džeimsa Veba kosmiskais teleskops palīdzību, analizēja planētas spektrus, kas riņķo ap neitronzvaigzni PSR J2322–2650. Izrādījās, ka atmosfērā PSR J2322–2650 b ir sastopams molekulārais ogleklis. Tas vēl nekad nav novērots un nozīmē, ka planētas ķīmija būtiski atšķiras no visa, kas līdz šim bija zināms. Kā ķermenim ar tādu sastāvu varēja veidoties — pagaidām nav skaidrs. Darbu publicēja The Astrophysical Journal Letters.

Eksoplanētu PSR J2322–2650 b atklāja 2017. gadā, taču toreiz nebija tik jaudīga instrumenta kā Džeimsa Veba kosmiskais teleskops. Tā kā planēta ap neitronzvaigzni atrodas bez ļoti spēcīgas spožuma fona no sava saules tipa objekta (neitronzvaigznes izstaro maz, turklāt daudz mazāk nekā to planētas), to var novērot ar lielākām detaļām nekā daudzas citas objektu sugas.

Tomēr šoreiz novērojumi izraisīja lielu apjukumu astronomu vidū pat pēc vairākkārtīgas pārbaudes. Šī ķermeņa atmosfērā, ar masu aptuveni 0,8 Jupitera un rādiusu 1,25 Jupitera rādiusa, konstatēti molekulārā oglekļa C2 un C3 pēdas. Tā ir ārkārtīgi reta oglekļa forma (tai skaitā uz Zemes), jo ogleklis molekulārā formā viegli reaģē ar citiem elementiem — piemēram, ar skābekli. Šādas reakcijas īpaši efektīvi notiek paaugstinātās temperatūrās.

Saskaņā ar novērojumiem PSR J2322–2650 b atmosfērā nakts pusē valda ap +630 °C, bet dienas pusē — vairāk nekā +2000 °C. Šai planētai, visticamāk, vienmēr ir vērsta uz savu zvaigzni ar vienu pusi, jo attālums starp tām ir tikai 1,6 miljoni kilometru — vairāk nekā 90 reizes mazāks nekā attālums starp Zemi un Sauli — tādēļ notiek tidālā piesaiste, kā Mēnesim Zemes un Mēness sistēmā.

Pie tādām temperatūrām molekulārais ogleklis var pastāvēt tikai vienā scenārijā: ja apkārt vienkārši nav citu elementu, kas varētu ar to ķīmiski reaģēt. Jaunās darba autores aprēķināja, ka oglekļa attiecība pret skābekli šīs planētas atmosfērā pārsniedz 100 pret vienu, bet oglekļa attiecība pret slāpekli ir vairāk nekā 1 pret 10 000. Tās ir ekstrēmas attiecības, praktiski neiespējamas planētām, kas veidojušās pēc visiem astronomiem zināmajiem scenārijiem. Atmosfērā arī maz ūdeņraža: to var secināt pēc tā, ka pētniekiem neizdevās atrast pārliecinošas oglekļūdeņražu pēdas.

Planētas galvenā masa, visticamāk, sastāv no hēlija, kas praktiski nereaģē ar oglekli. Iespējams, ka atmosfēras zemākajos slāņos molekulārais ogleklis var kondensēties līdz dimanta sniegam vai miglai.

Ir skaidrs, ka planēta nav veidojusies līdzīgi Jupiteram vai Zemei. Parastās planētas vienkārši nevar būt ar tādu sastāvu, jo to ķīmija ir atkarīga no mātes zvaigznes sastāva, un galvenās sērijas zvaigznēm nav tādas oglekļa attiecības pret skābekli vai slāpekli.

Visticamāks ir «melnās atraitnes» scenārijs. Tā sauc sistēmu, kurā ir ļoti ātri ap savu asi griezoša — tūkstošdaļās sekundes — neitronzvaigzne (šādas sauc par milisekunžu pulsāriem) un zema masas parasts zvaigznes kompanjons. Parasti neitronzvaigzne ar savu gravitāciju izrauj masu no šī kompanjona, pati sakrūkojoties, pateicoties uz to krītošā materiāla enerģijai. Pēc tam kompanjona atliekas tiek pakļautas spēcīgam Röntgena starojumam no neitronzvaigznes. Tādas sistēmas ir zināmas aptuveni 50, bet reālajā Visumā to ir daudz vairāk, tikai no Zemes tās ir grūti novērot.

«Melnās atraitnes», kas aprij savu pavadoni, scenārijam ir tāda problēma, ka visas zināmās planētas pie līdzīgām neitronzvaigznēm izskatās pavisam citādi nekā PSR J2322–2650 b. Tai ir blīvums aptuveni 1,8 tonnas uz kubikmetru, aptuveni tāds pats kā Jupiteram. Savukārt citām planētām melno atraitņu sistēmās blīvums ir 20–40 tonnas uz kubikmetru, tātad vairākas reizes lielāks nekā Zemei. Tas ir loģiski, jo ilgstoša uzkaršana nocēla no šādiem ķermeņiem visus ārējos, vieglos slāņus, atstājot tikai superblīvu kodolu.