Дмитрий Вибе: Лучшие друзья девушек Дмитрий Вибе

Дмитрий Вибе: Лучшие друзья девушек

Дмитрий Вибе

Опубликовано 16 сентября 2011 года

Поводом послужила статья Мэтью Бэйлеса из Суинборнского технологического университета (Австралия) и его коллег об открытии действительно весьма необычного небесного тела в системе миллисекундного пульсара PSR J1719-1438. Но насколько справедливо причислять это тело к планетам, тем более к алмазным?

Как известно, пульсары были открыты в 1967 году и изначально настолько смутили первооткрывателей невероятной регулярностью импульсов, что те подумали даже, что имеют дело с посланием внеземного разума. С тех пор минуло уже 44 года, но до окончательного прояснения механизма излучения пульсаров ещё далеко. Что не мешает, впрочем, вовсю применять это излучение к решению довольно разнообразных задач, от исследования межзвёздной среды и проверки эффектов общей теории относительности (ОТО) до технического использования пульсарных радиоимпульсов в качестве высокоточных часов.

Одно из таких применений относится к случаю, когда пульсар входит в состав двойной системы. Если плоскость орбиты системы хотя бы немного не параллельна небосводу, пульсар из-за своего орбитального движения будет то приближаться к наблюдателю, то удаляться от него. При этом времена фиксации импульсов из-за эффекта Доплера будут варьироваться — они будут приходить то чуть чаще, то чуть реже. Точность пульсарных часов настолько высока, что даже небольшие сбои в них позволяют вылавливать очень тонкие особенности движения пары.

Конечно, наибольший интерес всегда привлекала возможность использования двойных систем с пульсарами в качестве лабораторий по проверке ОТО, но около двадцати лет назад выяснилось, что эта же методика приносит и другие полезные результаты. В январе 1992 года Александр Вольштан (Wolszczan) и Дейл Фрейл сообщили, что частотная модуляция импульсов пульсара PSR B1257+12 свидетельствует о наличии в системе не ещё одной звезды, а пары тел с массами, всего в несколько раз превышающими массу Земли. Позже, в апреле 1994 года, Вольштан «добавил» в систему третье тело — на этот раз уже лунной массы. Назвать столь незначительные объекты компонентами кратной звезды, естественно, нельзя, поэтому их стали считать планетами — первыми планетами, найденными вне Солнечной системы. Правда, спутники PSR B1257+12 вряд ли появились на свет так же, как, например, Земля или Марс, поэтому термин «планета» к ним применим лишь с некоторыми сомнениями.

К таким же сомнительным телам относится и «алмазная планета» у пульсара PSR J1719-1438. Её существование, как и существование планет Вольштана-Фрейла, выведено из анализа переменности в частоте импульсов пульсара. В данном случае модуляция сигнала указывает на период обращения, равный всего 2,17 часа (именно столько на «алмазной планете» длится год), и радиус орбиты порядка 600 тыс. км (всего в полтора раза больше радиуса лунной орбиты). Третий закон Кеплера позволил оценить массу спутника (точнее, её нижний предел) — она оказалась чуть больше массы Юпитера. Эта масса и стала поводом для использования термина «планета».

Близость к центральному телу системы — пульсару — означает, что спутник не может иметь большие размеры. Если бы его диаметр превышал 60 тыс. км, его на таком расстоянии разорвали бы приливные силы. В итоге, зная массу и размер, мы можем оценить плотность — 23 грамма на кубический сантиметр. Эта величина непонятна. Она существенно больше плотности планет-гигантов (порядка 2 г на куб. см), то есть планетой в привычном понимании этого слова спутник PSR J1719-1438 быть всё-таки не может.

Авторы предполагают, что в данном случае мы столкнулись с экстремальным примером системы типа «чёрная вдова». Пульсар PSR J1719-1438 относится к разряду миллисекундных, то есть один оборот вокруг собственной оси он совершает примерно за 6 миллисекунд. «Новорожденный» пульсар таким бешеным волчком быть не может, поэтому сейчас предполагается, что раскрутка происходит позже, из-за перетягивания на пульсар вещества звезды-компаньона. Иногда — если звезда находится в опасной близости от пульсара — это перетягивание заканчивается для неё плачевно и она теряет не просто значительную, а большую часть своей массы. В результате возле пульсара — «чёрной вдовы» остаётся даже не белый карлик, а лишь его жалкий остаток с массой в несколько сотых массы Солнца (десятки масс Юпитера).

Бэйлес и его коллеги считают, что нечто подобное могло произойти в системе PSR J1719-1438, но по каким-то причинам сброс массы звездой оказался особенно катастрофическим. Сейчас мы наблюдаем не полноценную планету, а именно остаток спутника пульсара, точнее, остаток ядра бывшей звезды. Он сохранил химический состав ядра — углерод — и его высокую плотность. Углерод при такой плотности должен переходить в кристаллическую форму, отсюда и аналогия с алмазом. Это, собственно, и вся основа для «бриллиантовых» заголовков. Так что торопиться на планету PSR J1719-1438 с киркой и тачкой пока не стоит.

У истории «алмазной планеты» есть и драматическая составляющая. Дело в том, что Вольштан и Фрейл сообщили об открытии планет у пульсара не первыми. До них это сделали в 1991 году Эндрю Лин, Мэтью Бэйлес и Сетнани Шемар. В январе 1992 года обе группы — Лина и Вольштана — должны были сделать доклады о своих открытиях на конференции Американского астрономического общества. Незадолго до поездки Лин решил ещё раз перепроверить расчёты... и обнаружил в них простую, но фатальную ошибку. Выведенный шестимесячный период обращения планеты у пульсара PSR B1829-10 оказался следствием того, что авторы «открытия» неправильно учли в расчётах движение Земли. Лин исправил ошибку, и планета «испарилась». Авторы немедленно отправили опровержение в журнал, а сам Лин не стал ограничиваться обычным в таких случаях письмом, а публично рассказал об ошибке на конференции. Аудитория оценила его мужество и встретила признание аплодисментами, но легче от этого Лину и его коллегам не стало.

И вот теперь Лину и Бэйлесу представился второй шанс. Оба они входят в число соавторов статьи о планете у пульсара PSR J1719-1438, причём Бэйлес — её первый автор. Конечно, планета не совсем настоящая, но так ведь и планеты Вольштана-Фрейла не лучше... И планета у пульсара PSR J1719-1438, и спутники PSR B1257+12 на планеты похожи только массой.

А могут ли существовать «настоящие» алмазные планеты? Как ни странно, могут. Всё зависит от относительного содержания углерода и кислорода в протопланетном веществе. Если в нём больше кислорода, почти весь углерод оказывается связанным в молекулы оксида углерода (СО), а оставшийся кислород входит в состав твёрдого вещества планет — как у нас в Солнечной системе. Если же представить себе гипотетический протопланетный диск, в котором углерода больше, чем кислорода, то после образования молекул СО «бесхозными» остаются атомы углерода и твёрдые планеты должны образовываться преимущественно из них. Вот тут уже можно помечтать и об алмазных горах, и о бриллиантовом песке... Правда, на этих планетах вездесущие алмазы вряд ли высоко ценятся, поскольку глупо ценить то, что валяется под ногами. Поэтому лучшие друзья тамошних девушек — не бриллианты, а кварц и агат.

К оглавлению