Жизнепригодность системы белого карлика

[-Asket-]

Про красные карлики тема уже есть, давайте и про белые пофантазируем, чего уж там... Коричневые и черные карлики на очереди.

The habitability and detection of Earth-like planets orbiting cool white dwarfs
L. Fossati, S. Bagnulo, C. A. Haswell, M. R. Patel, R. Busuttil, P. M. Kowalski, D. V. Shulyak, M. F. Sterzik
Since there are several ways planets can survive the giant phase of the host star, we examine the habitability and detection of planets orbiting white dwarfs. As a white dwarf cools from 6000 K to 4000 K, a planet orbiting at 0.01 AU would remain in the Continuous Habitable Zone (CHZ) for ~8 Gyr. We show that photosynthetic processes can be sustained on such planets. The DNA-weighted UV radiation dose for an Earth-like planet in the CHZ is less than the maxima encountered on Earth, hence non-magnetic white dwarfs are compatible with the persistence of complex life. Polarisation due to a terrestrial planet in the CHZ of a cool white dwarf is 10^2 (10^4) times larger than it would be in the habitable zone of a typical M-dwarf (Sun-like star). Polarimetry is thus a viable way to detect close-in rocky planets around white dwarfs. Multi-band polarimetry would also allow reveal the presence of a planet atmosphere, providing a first characterisation. Planets in the CHZ of a 0.6 M_sun white dwarf will be distorted by Roche geometry, and a Kepler-11d analogue would overfill its Roche lobe. With current facilities a Super-Earth-sized atmosphereless planet is detectable with polarimetry around the brightest known cool white dwarf. Planned future facilities render smaller planets detectable, in particular by increasing the instrumental sensitivity in the blue.

Долгое время белые карлики (БК) рассматривались как последние кандидаты в списки звёзд с экзопланетами, пригодными для жизни (той жизни, которую мы знаем). Сильное ультрафиолетовое излучение, нестабильный жизненный цикл... Исследование, предпринятое Лукой Фоссати из Открытого университета (Великобритания), показывает, что мы были несколько предвзяты по отношению к этим небесным телам.
Некоторое время назад было показано, что БК, несмотря на перспективу «окончательного конца», на деле более стабильны, чем известные нам звёзды типа Солнца. Достаточно вспомнить, что, согласно нынешним астрономическим поверьям, всего через миллиард лет жизнь на Земле будет невозможна. Ибо наша звезда неумолимо повышает свою светимость, и через миллиард лет этот показатель вырастет едва ли не на 20%. А это исключает всякую вероятность сохранения нормального климата. БК же, хотя и теряет постепенно светимость, делает это очень и очень медленно.
Если точнее, по расчётам, планета на расстоянии в 0,01 а. е. от такой звезды будет иметь 8 млрд лет для развития в зоне обитаемости. Если сравнить это с Землёй, время пребывания которой в зоне обитаемости примерно равно 4,5 млрд лет, то преимущества более стабильного режима жизни планет вокруг БК кажутся очевидными.
После того как данные такого моделирования были опубликованы, посыпался град возражений, опиравшихся в основном на то, что степень мощности УФ-излучения БК на расстоянии в 0,01 а. е. исключит не только существование, но и возникновение жизни на таких планетах.
Лука Фоссати и коллеги проверили это предположение методами численного моделирования. Проведя симуляцию условий, создающихся в окрестностях типичного БК (температура поверхности около 5000 К) на удалении в одну сотую расстояния Земли от Солнца, учёные наложили их на состав и толщину нынешней земной атмосферы.
Выяснилось, что такая планета-близнец будет получать в среднем в 1,65 раза больше ультрафиолета, чем получает её поверхность Земли сегодня. «С астробиологической точки зрения это относительно умеренная доза», — полагает г-н Фоссати. И в самом деле, названный объём ультрафиолета будет означать более активную генерацию озона в стратосфере и, потенциально, более плотное экранирование поверхности планеты от УФ-лучей.
Параллельно исследовался вопрос о спектральном составе видимого излучения, которое получит растительность «второй (белокарликовой) Земли». Удивительно, но различий найти не удалось. Можно даже предположить, что если пути биологической эволюции более или менее универсальны, то растительный мир планеты у БК будет в основном зелёным (растения с листьями другого цвета есть и на Земле, но их не много).
Более того, группа Фоссати полагает, что БК даже эффективнее красных карликов в поддержании жизни в своих окрестностях. Вспышки на поверхности звёзд класса М значительно мощнее тех, что возникают на нашем Солнце, и теоретически должны гораздо сильнее отражаться на потоке частиц, попадающем на планеты вокруг них. В то же время БК вообще лишены пятен и периодической активности, что резко смягчает условия для возникновения и существования жизни на планетах их систем.
Проведённая оценка обитаемости планет БК — отличный способ преодолеть предвзятые представления об этих системах. Однако остаётся вопрос: как планета попадёт на расстояние в 0,01 а. е. от БК? Рассмотрим ситуацию на примере нашей системы. Ведь то же Солнце, перед тем как стать такой звездой, расширится до орбиты Марса, поглотив попутно и Землю, и Венеру с Меркурием. После срыва оболочки красного гиганта оставшийся на его месте БК будет слишком далеко от планет земной группы — если бы они и задержались в опустошённой Солнечной системе.
Один из теоретических путей решения вопроса — использование теории миграций, набирающей в последние годы сторонников. Напомним: согласно современным взглядам, не менее половины планет нашей Солнечной системы занимают «не своё место», будучи мигрантами. Очевидно, сброс оболочки красным гигантом вполне может инициировать новый цикл миграций планет, которые, после ряда пертурбаций, могут оказаться на стабильных орбитах вокруг БК. И вот тогда кандидатами в «новую Землю» могут стать бывшие газовые гиганты, потерявшие внешний газовый слой под интенсивнейшим потоком звёздного ветра, уносившего оболочку красного гиганта на поздних стадиях его эволюции.
Впрочем, если этот сценарий верен, обнаружить такие планеты будет очень сложно. У БК и так малая светимость, а если вокруг них нет газовых гигантов, которые проще всего обнаруживаются имеющимися методиками, то найти там хоть какую-то планету будет, несомненно, экстремально трудно. Собственно говоря, пока ни одной такой находки и не было сделано, хотя предположения как минимум в отношении ближайшего к нам БК уже выдвигались.
http://science.compulenta.ru/701870/

[Юрий Б.]

7 миллиардов лет спустя
12 миллиардов лет спустя

[Алекс636363]

Возможно ли образование второго поколения планет - вот в этом главный вопрос. Если да... то было бы очень интересно.

[vika vorobyeva]

В принципе, распространенность планет на очень тесных орбитах вокруг белых карликов нетрудно оценить фотометрическим методом. Поскольку белый карлик - маленький (по размерам сравним с планетой земного типа), транзиты будут очень резкими (глубокими). Много ли белых карликов являются затменно-переменными звездами? Причем затменно-переменными звездами, лишенными следов второго звездного спектра?
Геометрическая вероятность транзита в этом случае будет ~ 1-2% для орбит планет в обитаемой зоне белого карлика.

[Инопланетянин]

И не разорвёт ли планету в обитаемой зоне приливными силами? Это ж не красный карлик у него масса побольше.

P.S. Может обитаемая зона поместится в пределе Роша? И тогда получится мир вроде этого? Хотя для него, скорее, потребуется нейтронная звезда класса пропеллер.

[Юрий Б.]

Возможно ли образование второго поколения планет - вот в этом главный вопрос. Если да... то было бы очень интересно.

Гм... А первая открытая экзопланетная система - как раз вокруг пульсара.
Должна, таким образом, быть вторичной.

[basj]

Дивная тема - "Обитаемая планета вокруг белого карлика" !
Я как раз только что, в процессе общения в потоке о жизни на Марсе, вспоминал прогнозы того, что будет с Землёй и Солнечной системой в результате расширения и последующего сброса солнечной атмосферы в процессе перехода Солнца в стадию белого карлика.
И вот прочитал:

Гм... А первая открытая экзопланетная система - как раз вокруг пульсара.

Вы не могли бы привести ссылочку на хороший материал по этому поводу, я подзабыл сию историю и хочу освежить в памяти этот момент - имею в виду пульсар с планетами.

[Foma]

В принципе, распространенность планет на очень тесных орбитах вокруг белых карликов нетрудно оценить фотометрическим методом. Геометрическая вероятность транзита в этом случае будет ~ 1-2% для орбит планет в обитаемой зоне белого карлика.

Уже оценивали: Detection limits for close eclipsing and transiting sub-stellar and planetary companions to white dwarfs in the WASP survey
Исследованы 194 карлика, транзитных планет не обнаружено. Для вероятности транзита 2% это дает верхнюю оценку распространенности в 10-20%.  Готов побиться об заклад, что истинная распространенность не превышает 0.1-1%.

[Юрий Б.]

Вы не могли бы привести ссылочку на хороший материал по этому поводу, я подзабыл сию историю и хочу освежить в памяти этот момент - имею в виду пульсар с планетами.

http://ru.wikipedia.org/wiki/PSR_1257%2B12

[Юрий Б.]

http://www.extrasolar.net/startour.asp?StarCatId=&StarID=23
http://www.extrasolar.net/planettour.asp?PlanetID=26

Про радиацию:

But the radiation coming from the pulsar may not be as intense as it would first seem. Assuming that the planets orbit in the same plane as PSR 1257+12's own rotation and given that the orbital inclination of the entire system seems to be about 50°, it is unlikely that the pulsar's beam actually hits the planets. Even if the beam does cross the orbits of the planets, the planets would only pass through the beam for short periods of time.

Про обитаемую зону:

Inner Edge of Habitability Zone:   0.1 AU
Outer Edge of Habitability Zone:   0.33 AU

[vika vorobyeva]

При всем при этом не стоит забывать, что из тысяч пульсаров планеты были обнаружены только у трех, а вторичные планеты, образовавшиеся после взрыва сверхновой - только у одного (Мафусаил - захвачен у другой звезды, а "алмазная планета" - остаток углеродного белого карлика). Так что явление это крайне редкое.

[basj]

http://ru.wikipedia.org/wiki/PSR_1257%2B12

Благодарю !
Да, я вспомнил, об этом было что-то в тогдашней прессе !
Но тут пишут, что "планеты напоминают Меркурий, Венеру и Землю. Не вполне ясно их происхождение. Внутренние планеты не смогли бы пережить взрыв сверхновой. Возможно, они сформировались после взрыва из вещества, перетекавшего на пульсар из второго компонента системы, позже утерянного"
Получается, что это очень редкое и крайне нетипичное явление ?

[basj]

При всем при этом не стоит забывать, что из тысяч пульсаров планеты были обнаружены только у трех, а вторичные планеты, образовавшиеся после взрыва сверхновой - только у одного (Мафусаил - захвачен у другой звезды, а "алмазная планета" - остаток углеродного белого карлика). Так что явление это крайне редкое.

Ну я так и подумал !

[basj]

Да, и в основном разрезе  данной темы: имеется ли вероятность того, что после сброса атмосферы красного гиганта и образования белого карлика жизнь сможет зародиться на уцелевших планетах ? Абсолютно ясно, что Земля и Венера будут полностью выжжены, а атмосферы и океаны испарятся. Вероятность вторичного зарождения жизни после этой катастрофы имеется или нет ?
Что будет с телами планет земной группы ? Они будут отброшены от Солнца его атмосферой или наоборот - затормозятся в ней и приблизятся к образовавшемся белому карлику ? Имеются какие-то расчёты ?
В статье заглавного сообщения этой темы пишут следующее:

"После срыва оболочки красного гиганта оставшийся на его месте БК будет слишком далеко от планет земной группы — если бы они и задержались в опустошённой Солнечной системе".

Так они "задержатся" или нет ? Что будет с телами планет земной группы ? Что будет сильнее: вынос их на более далёкие орбиты или же торможение в солнечной оболочке и приближение к Солнцу ? И долго ли будет продолжаться пребывание планет в солнечной атмосфере ? Имеются ли шансы сохранения в недрах Земли достаточного количества кристаллизованной воды, образовавшей земные океаны ?
Я не хочу сказать, что процесс формирования планет и условий для появления на них жизни в окрестностях белого карлика должен быть именно таким, но всё же ?

[Инопланетянин]

Про обитаемую зону:

А про предел Роша? Как он с обитаемой зоной соотносится?

З.Ы. Я так понимаю, что на 0,1/0,33 ае при массе сравнимой с солнечной предел Роша ещё не наступает?

[Klapaucius]

ru.wikipedia.org/wiki/Предел_Роша
Получается, если взять размер БК за земной, массу за солнечную, то получим предел Роша на расстоянии около 400 тыс. км., скорее ближе к миллиону (прошу перепроверить). 0,01 а.е.  - это полтора миллиона. Вроде запас есть.

[basj]

Господа, идея этого потока мне нравится всё больше !
Я тут в соседней теме вычитал, а также слышал или читал об этом где-то уже давно, но предметно этот вопрос не изучал: это что же, считается общепринятым, что в Солнечной системе планеты земной группы - это "ободранные" на ранних стадиях Солнцем твёрдые ядра более крупных планет, которые когда-то были газовыми гигантами ?
Т.е. утверждается, что все планеты Солнечной системы были разного размера газовыми гигантами, затем Солнце каким-то образом ободрало их газовые оболочки: то ли стянуло тяготением, то ли сдуло излучением, и остались от них одни лишь "трупики", из недр которых затем, как на нашей планете, начала освобождаться и сочиться кристаллизованная вода, а также газ, вулканическая лава и т.д. Сатурн и Юпитер уцелели с тех пор, потому что до них Солнце то ли не дотянулось, то ли не додуло.
Так вот применительно к теме этого потока: наша Земля что - "поспешила" с развитием жизни ? Ведь Солнце-то будет проходить стадию красного гиганта и всё сожжёт, а заодно обдерёт газовые оболочки с планет-гигантов, следовательно, таких далёких перспектив, как рядом с белым карликом, у нас сейчас нет ?
И я всё-таки не понял: Земля в расширяющейся атмосфере Солнца будет тормозиться и приближаться в Солнцу или нет ? И что будет с Юпитером и Сатурном и их спутниками ? Каковы размеры их твёрдых ядер ? И имеет ли Земля шанс сохранить достаточно внутренней энергии и вещества, в т.ч. и кристаллизованной воды, чтобы повторить тот же цикл эволюции и, быть может, повторного зарождения жизни уже рядом с белым карликом ?

[L_Pt]

Я тут в соседней теме вычитал, а также слышал или читал об этом где-то уже давно, но предметно этот вопрос не изучал: это что же, считается общепринятым, что в Солнечной системе планеты земной группы - это "ободранные" на ранних стадиях Солнцем твёрдые ядра более крупных планет, которые когда-то были газовыми гигантами ?

Называть это утверждение «общепринятым», мягко говоря неадекватно.

[Инопланетянин]

И имеет ли Земля шанс сохранить достаточно внутренней энергии и вещества, в т.ч. и кристаллизованной воды, чтобы повторить тот же цикл эволюции и, быть может, повторного зарождения жизни уже рядом с белым карликом ?

Она не будет в обитаемой зоне белого карлика. Даже у Роберта речь шла о новой планете образовавшейся из дальнейших выбросов Солнца.

[Nucleosome]

Коричневые и черные карлики на очереди.

ну с этими как раз всё понятно - коричневые (тут тема уже была о них, bob открывал - Люди с тёмной звезды) слишком мало живут и в отличае от белых карликов разогреваются слишком слабо (ведь белый карлик это же по сути ядро красного гиганта и разогрет он от рождения ого-го как!), и потому после исчерпания дейтерия потухнут очень быстро и на этом всё и кончится. планеты даже если и будут близко то замёрзнут очень скоро. с чёрными всё ещё хуже - во-первых, насколько я понимаю в нынешней Вселенной их нет вовсе - просто белые карлики ещё не успели настолько остыть, успели только коричныевые, и тут см. выше, а во-вторых чёрный карлик на то и чёрный, что светить ему нечем, стало быть и планетам его грется не от чего.
вообще, уже неоднократно читал - тут это тема что-то вроде - "миры второе зажигание" или как-то так, что главная проблема планет у белого карлика - это то из чего их лепить так близко от звезды. может конечно варианты какие и есть, но думаю что реально тут получится только захват - то есть событие очень маловероятное.