stringtranslate.com

Планета-пульсар

Художественное представление пульсара с планетами.

Планеты-пульсары — это планеты , вращающиеся вокруг пульсаров . Первые такие планеты были обнаружены в 1992 году около миллисекундного пульсара и стали первыми экзопланетами, открытие которых было подтверждено. Пульсары — это чрезвычайно точные часы, и даже небольшие планеты могут создавать обнаруживаемые изменения в характеристиках пульсара; наименьшая известная экзопланета — это планета-пульсар.

Они чрезвычайно редки, и только полдюжины из них перечислены в Архиве экзопланет NASA . Только особые процессы могут привести к появлению спутников размером с планету вокруг пульсаров, и многие из них считаются экзотическими телами, такими как планеты, состоящие из алмаза , которые образовались в результате частичного разрушения звезды-компаньона. Интенсивное излучение и ветры, состоящие из пар электронов и позитронов , имели бы тенденцию срывать атмосферы с таких планет, тем самым делая их маловероятными местами обитания жизни.

Формирование

Образование планет требует существования протопланетного диска , большинство теорий также требуют наличия «мертвой зоны» внутри него, где нет турбулентности. Там планетезимали могут образовываться и накапливаться, не падая в звезду. [1] По сравнению с молодыми звездами пульсары имеют гораздо более высокую светимость, и поэтому образованию мертвой зоны препятствует ионизация диска излучением пульсара, [2] что позволяет магниторотационной нестабильности вызывать турбулентность и тем самым разрушать мертвую зону. [3] Таким образом, диск должен иметь большую массу, чтобы он мог дать начало планетам. [4]

Существует несколько процессов [а] , которые могли бы привести к возникновению планетных систем:

Подразумеваемое

Сценарии формирования имеют последствия для состава планет: Планета, образованная из обломков сверхновой, вероятно, богата металлами и радиоактивными изотопами [15] и может содержать большое количество воды ; [18] планета, образованная в результате распада белого карлика , будет богата углеродом [15] и состоять из большого количества алмазов ; [19] фактический фрагмент белого карлика будет чрезвычайно плотным. [15] По состоянию на 2022 год наиболее распространенным типом планет вокруг пульсара является « алмазная планета », белый карлик с очень малой массой . [20] Другие объекты вокруг пульсаров могут включать астероиды , кометы и планетоиды . [21] Более спекулятивные сценарии — это планеты, состоящие из странной материи , которые могут находиться гораздо ближе к пульсарам, чем обычные материальные планеты, потенциально испуская гравитационные волны . [22]

Планеты могут взаимодействовать с магнитным полем пульсара, создавая так называемые « крылья Альвена » — электрические токи в форме крыльев вокруг планеты, которые впрыскивают в нее энергию [23] и могут вызывать обнаруживаемое радиоизлучение. [24]

Наблюдаемость

Пульсары являются чрезвычайно точными часами [4] , и синхронизация пульсаров очень регулярна. Таким образом, возможно обнаружить очень маленькие объекты вокруг пульсаров, вплоть до размеров крупных астероидов [1] по изменениям синхронизации пульсара, в котором они находятся. Синхронизация должна быть скорректирована с учетом эффектов движения Земли и Солнечной системы, ошибок в оценках положения пульсара и времени прохождения излучения через межзвездную среду. Пульсары вращаются и замедляются с течением времени очень регулярно; [4] планеты изменяют эту модель посредством своего гравитационного притяжения к пульсару, вызывая доплеровский сдвиг в импульсах. [25] Теоретически этот метод может также использоваться для обнаружения экзоспутников вокруг планет-пульсаров. [26] Однако существуют ограничения на видимость планет-пульсаров; сбои пульсара и изменения в режиме пульсации могут имитировать существование планет. [27]

Первые [b] экзопланеты, которые были открыты (в 1992 году Дейлом Фрейлом и Александром Вольщаном ), были пульсарными планетами вокруг PSR B1257+12 . [30] Открытие показало, что экзопланеты могут быть обнаружены с Земли, [31] и привело к ожиданию, что экзопланеты могут быть не редкостью. [4] По состоянию на 2016 год [32] наименее массивная известная экзопланета ( PSR B1257+12 A , всего 0,02  M E ) является пульсарной планетой. [33]

Однако размер и особые спектроскопические характеристики делают визуализацию таких планет очень сложной. [15] Один из возможных способов получить изображение планеты — это обнаружить ее транзит перед звездой: в случае планет-пульсаров вероятность транзита планеты перед пульсаром очень мала из-за малого размера пульсаров. Спектроскопический анализ планет затруднен сложными спектрами пульсаров. Взаимодействия между планетарным магнитным полем, пульсаром и тепловыми излучениями планет являются более вероятными способами получения информации о планетах. [34]

Планеты-пульсары использовались для объяснения некоторых астрономических явлений, таких как рентгеновские всплески от мягких гамма-повторителей . [35]

Происшествие

По состоянию на 2022 год известно всего около полудюжины [c] планет-пульсаров, [11] что подразумевает частоту возникновения не более одной планетной системы на 200 пульсаров. [d] [39] Большинство сценариев формирования планет требуют, чтобы предшественник был двойной звездой, в которой одна звезда намного массивнее другой, и чтобы система пережила сверхновую, которая породила пульсар. Оба эти условия выполняются редко, и поэтому формирование планет-пульсаров является редким процессом. [3] Кроме того, планеты и их орбиты должны были бы выдерживать энергетическое излучение, испускаемое пульсарами, включая рентгеновские лучи , гамма-лучи и энергичные частицы («пульсарный ветер»). [6] Это было бы особенно важно для миллисекундных пульсаров , которые были раскручены аккрецией, в то время как они образовали рентгеновские двойные ; излучение, испускаемое при этих обстоятельствах, испарило бы любую планету. [40] Пульсары остаются видимыми всего несколько миллионов лет, что меньше времени, необходимого для формирования планеты, что ограничивает вероятность их наблюдения. [41]

Исходя из известной частоты появления пульсарных планет, в Млечном Пути их может быть до 10 миллионов . [e] [44] Все известные пульсарные планеты находятся вокруг миллисекундных пульсаров , [1] это старые пульсары, которые были раскручены посредством аккреции массы от компаньона. По состоянию на 2015 год не было известных планет вокруг молодых пульсаров; [45] они менее регулярны, чем миллисекундные пульсары, и поэтому обнаружение планет сложнее. [34]

Подтвержденные планеты-пульсары

М62Н

M62H — миллисекундный пульсар, расположенный в созвездии Змееносца . Он расположен в шаровом скоплении Мессье 62 [ 63] на расстоянии 5600 парсеков (18 000 световых лет) от Земли. [64] Пульсар был обнаружен в 2024 году с помощью радиотелескопа MeerKAT . [63] M62H имеет период вращения 3,70 миллисекунды, что означает, что он совершает 270 оборотов в секунду (270 Гц ). [65] Его планетарный компаньон имеет минимальную массу 2,5 М Дж и медианную массу 2,83 М Дж , предполагая, что масса пульсара составляет 1,4  М ☉ . Его минимальная плотность составляет 11 г/см 3 . Предполагая медианную массу, это подразумевает максимальный радиус 48 850 километров (30 350 миль). [66] Планете требуется всего 0,133 дня (3,2 часа), чтобы завершить орбиту, и она расположена на расстоянии, эквивалентном 0,49% астрономической единицы от M62H. [67]  

ПСР В1257+12

Пульсар PSR B1257+12 ,710+43
−38 парсеков [68] в созвездии Девы , было подтверждено , что в 1992 году на основе наблюдений, проведенных в обсерватории Аресибо, есть планеты . [69] Система состоит из одной крошечной планеты с массой0,02 ± 0,002 массы Земли и двух Суперземель с массами4,3 ± 0,2 и3,9 ± 0,2 массы Земли, если предположить, что пульсар имеет массу 1,4 массы Солнца. [70] Скорее всего, они образовались из протопланетного диска, [1] вероятно, возникшего в результате частичного разрушения звезды-компаньона. [8] Компьютерное моделирование показало, что система должна быть стабильной в течение как минимум одного миллиарда лет [70] и что экзолуны могут выживать в системе. [71] Система напоминает внутреннюю часть Солнечной системы ; [4] планеты вращаются вокруг пульсара на расстояниях, сопоставимых с расстоянием от Меркурия до Солнца, и могут иметь сопоставимые температуры поверхности. [72] Сообщения о дополнительных телах в этой системе могут быть связаны с солнечными возмущениями. [73]

PSR J1719−1438

Вокруг пульсара PSR J1719-1438 вращается хтоническая планета [74] с массой, сравнимой с массой Юпитера, но менее 40% его радиуса . [i] [1] Эта планета, вероятно, является богатым углеродом остатком звезды-компаньона, которая испарилась под воздействием излучения пульсара [3] и была описана как «алмазная планета». [j] [6]

ПСР В1620−26

Двойственная планета с массой2,5 ± 1 массы Юпитера [76] вращается вокруг PSR B1620-26 , двойной звезды, состоящей из пульсара и белого карлика [1] в шаровом скоплении M4 . [4] Эта планета могла быть захвачена на орбиту пульсара, процесс, который особенно вероятен в плотной среде шарового скопления, [15] и может иметь возраст около 12,6 миллиардов лет, что делает ее самой старой известной планетой. [k] [77] Ее существование может демонстрировать, что планеты могут формироваться в среде с низким содержанием металлов , включая шаровые скопления. [78]

PSR J2322−2650

PSR J2322-2650, похоже, имеет спутника массой примерно с Юпитер. Излучение пульсара может нагревать его примерно до2300 К ; источник света, наблюдаемый вблизи пульсара, может быть планетой. [79] Этот пульсар значительно менее яркий, чем многие другие, что может объяснить, почему планета сохранилась до наших дней. [80]

Диски обломков и их предшественники

Временные вариации пульсаров PSR B1937+21 и PSR J0738-4042 могут отражать существование пояса астероидов [l] вокруг пульсаров, а столкновения между астероидами или кометами и пульсарами были предложены в качестве объяснения феномена быстрых радиовсплесков [ m] гамма -всплеска GRB 101225A [6] и других типов изменчивости пульсаров. [84] Вокруг пульсаров не известно никаких дисков из обломков , хотя предполагалось, что магнетары 4U 0142+61 и 1E 2259+586 [n] содержат их. [2]

Двойная система белый карлик-пульсар PSR J0348+0432 может быть системой, в которой в будущем могут развиться планеты-пульсары. [86] Было высказано предположение о существовании пылевого облака у пульсара Геминга , которое может быть предшественником планет. [87]

Кандидаты

Были и более ранние сообщения о планетах-пульсарах, которые были либо отброшены, либо сочтены неубедительными, [88] например, «открытие» планеты вокруг PSR B1829-10 в 1991 году , которое оказалось артефактом, вызванным движением Земли . [ 4] Существование планет вокруг пульсара PSR B0329+54 обсуждается с 1979 года и по состоянию на 2017 год все еще не решено . [89] Было окончательно установлено, что PSR B1828-11 демонстрирует магнитосферную активность, которая имитирует планеты, не имея таковой, [90] а кандидат на планету вокруг пульсара Геминга позже был приписан временному шуму. [87]

Обитаемость

Пульсары испускают совсем другой спектр излучения, чем обычные звезды, с очень небольшим количеством оптического или инфракрасного излучения, но большим количеством ионизирующего излучения [44] и пар электрон - позитрон , которые генерируются магнитным полем пульсара при его вращении. Кроме того, остаточное тепло от времени до рождения пульсара, нагрев полюсов пульсара от его собственного излучения и от процессов аккреции массы приводят к испусканию теплового излучения и нейтрино . [98] Пары электрон-позитрон и рентгеновские лучи поглощаются планетарными атмосферами и нагревают их, вызывая интенсивный выброс атмосферы , который может их стереть. [99] Наличие планетарного магнитного поля может смягчить воздействие пар электрон-позитрон. [100]

Обитаемость традиционно определяется равновесной температурой планеты, которая является функцией количества поступающего излучения; планета определяется как «обитаемая», если на ее поверхности может существовать жидкая вода [101], хотя даже планеты с небольшим количеством внешней энергии могут содержать подземную жизнь. [102] Пульсары не излучают большого количества излучения, учитывая их небольшой размер; обитаемая зона может легко оказаться настолько близко к звезде, что приливные эффекты разрушат планеты. [103] Кроме того, часто неясно, сколько излучения излучает данный пульсар и какая его часть может фактически достичь поверхности гипотетической планеты; из известных планет-пульсаров только те, что находятся в PSR B1257+12, находятся близко к обитаемой зоне [104] , и по состоянию на 2015 год ни одна известная планета-пульсар, вероятно, не является обитаемой. [4] [38] Дополнительными источниками тепла могут быть радиоактивные изотопы , такие как калий-40, образовавшиеся во время сверхновой, которая привела к появлению пульсара [18] , и приливный нагрев планет с близкими орбитами. [105] Излучение от внешних источников, таких как звезды-компаньоны, также может увеличить энергетический бюджет. [74]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Существовавшие ранее планеты, пережившие сверхновую, известны как сценарий «Саламандры»; в мифологии считается, что саламандры переживают пожары. Планеты, образовавшиеся из звездных обломков, известны как сценарии «Мемнониды»; Мемнониды, согласно римскому поэту Овидию, были птицами, образовавшимися из пепла воина Мемнона . [5]
  2. ^ Раннее обнаружение планет HD 114762 b и Gamma Cephei Ab в то время считалось неопределенным, поэтому они не считаются первыми обнаруженными экзопланетами; [28] кроме того, позже было обнаружено, что HD 114762 b является звездой ( красным карликом , а не планетой. [29] )
  3. ^ В Архиве экзопланет НАСА по состоянию на 25 марта 2023 года указано семь планет для тел с названием «PSR» [36], в то время как в Энциклопедии внесолнечных планет указано 24 планеты по тем же критериям. [37]
  4. ^ Для сравнения, считается, что от одной четверти до одной пятой всех известных белых карликов — другого вида звездных тел — имеют планеты. [38]
  5. ^ Для сравнения, в Млечном Пути насчитывается около 100–400 миллиардов звезд [42] , большинство из которых, как полагают, имеют планеты. [43]
  6. ^ Планеты названы в порядке открытия, начиная со строчной буквы «b», которая следует за именем звезды. В многозвездных системах звездам присваивается заглавная буква после имени системы, но начиная с «A» для главной звезды. [46]
  7. ^ Для перевода массы Земли в массу Юпитера следует разделить на ~318.
  8. ^ Радиус рассчитывается с использованием медианной массы и минимальной плотности в уравнении d=(1,89813*10^(30)*m)/((4/3)* π *r 3 ), где d — плотность (в г/см 3 ), m — масса (в МДж ) и r — радиус (в сантиметрах). Следует разделить на7,1492 × 10 9 для перевода из сантиметров в Р Дж
  9. ^ Иногда также известен как PSR J1719-14, согласно PSR J1719-14
  10. ^ Его характеристики плотности-массы-радиуса подразумевают, что он полностью состоит из алмаза. [75]
  11. ^ Альтернативная интерпретация заключается в том, что планета образовалась через общую оболочку, что может сделать ее моложе на 500 миллионов лет. [17]
  12. ^ В случае PSR B1937+21 считается, что самый массивный объект имеет массу менее 1/10000 массы Земли. [81]
  13. ^ Быстрый радиовсплеск — это всплеск радиоволн, длящийся миллисекунды и возникающий за пределами Млечного Пути. [82] Одна из теорий об их причине заключается в том, что планеты, вращающиеся внутри магнитного поля пульсара, создают возмущение, которое производит всплески, но нет известных примеров этого процесса. [83]
  14. ^ Источник утверждает, что название — 1E 2259+286 [2] , но правильное название — 1E 2259+586. [85]
  15. ^ Для перевода массы Земли в массу Юпитера следует разделить на ~318.

Ссылки

  1. ^ abcdef Мартин, Ливио и Паланисвами 2016, стр. 1.
  2. ^ abc Мартин, Ливио и Паланисвами 2016, стр. 8.
  3. ^ abcd Мартин, Ливио и Паланисвами 2016, стр. 4.
  4. ^ abcdefgh Вольщан 2015.
  5. ^ Финни и Хансен 1993, стр. 371.
  6. ^ abcdef Патруно и Кама 2017, стр. 1.
  7. ^ аб Мартин, Ливио и Паланисвами 2016, стр. 2.
  8. ^ abcd Мартин, Ливио и Паланисвами 2016, стр. 3.
  9. ^ Маргалит и Мецгер 2017, с. 2798.
  10. ^ Хираи и Подсядловский 2022, с. 4545.
  11. ^ аб Хираи и Подсядловский 2022, с. 4553.
  12. ^ Эувел 1992, стр. 668.
  13. ^ Подсядловски, Pringle & Rees 1991, с. 783.
  14. ^ Бэйлс и др. 2011, с. 1717.
  15. ^ abcdef Некола Новакова и Петрасек 2017, с. 1.
  16. ^ Подсядловски, Pringle & Rees 1991, с. 784.
  17. ^ ab MacRobert 2005, стр. 26.
  18. ^ ab Patruno & Kama 2017, с. 10.
  19. ^ Маргалит и Мецгер 2017, с. 2800.
  20. ^ Ницу и др. 2022, стр. 2446.
  21. ^ Моттес и Хейвартс 2011, стр. 1.
  22. ^ Куэрбан, Гэн и Хуан 2019, с. 1.
  23. ^ Моттес и Хейвартс 2011, стр. 8.
  24. ^ Моттес и Хейвартс 2011, стр. 9.
  25. ↑ Флам 1992, стр. 290.
  26. ^ Льюис, Сакетт и Мардлинг 2008, стр. 156.
  27. ^ Керр и др. 2015, стр. 1.
  28. ^ Верас 2016, стр. 1.
  29. ^ Кифер 2019, стр. 1.
  30. ^ Каллегари, Ферраз-Мелло и Мищенко 2006, с. 381.
  31. ^ Вольщан 1994, стр. 542.
  32. ^ Верас 2016, стр. 17.
  33. ^ Льюис, Сакетт и Мардлинг 2008, стр. 153.
  34. ^ ab Некола Новакова и Петрасек 2017, с. 2.
  35. ^ Курбан и др. 2024, стр. 2.
  36. ^ abc NASAEp 2023.
  37. ^ ЭПЕ 2023.
  38. ^ ab Veras & Vidotto 2021, с. 1702.
  39. ^ Хираи и Подсядловский 2022, с. 4554.
  40. ^ Миллер и Гамильтон 2001, стр. 864.
  41. ^ Миллер и Гамильтон 2001, стр. 869.
  42. ^ Stellato 2020, стр. 1.
  43. ^ Кассан и др. 2012, стр. 167.
  44. ^ ab Patruno & Kama 2017, с. 2.
  45. ^ Спивак и др. 2018, с. 470.
  46. ^ МАС.
  47. ^ NASAcatalog 2024, PSR B1620-26 b.
  48. ^ NASAcatalog 2024, PSR J1719-1438 b.
  49. ^ abcdefghijklmnopqr Niţu et al. 2022, с. 2451.
  50. ^ NASAcatalog 2024, PSR J2322-2650 b.
  51. ^ EPE 2024, PSR B0943+10 б.
  52. ^ EPE 2024, PSR B0943+10 c.
  53. ^ EPE 2024, PSR J1748-2021H б.
  54. ^ EPE 2024, PSR J0636+5129 б.
  55. ^ EPE 2024, PSR J1807-2459 A б.
  56. ^ EPE 2024, PSR B1802-07 б.
  57. ^ EPE 2024, PSR J1211-0633 б.
  58. ^ EPE 2024, PSR J0312-0921 б.
  59. ^ EPE 2024, PSR J1928+1245 б.
  60. ^ EPE 2024, PSR J1824-2452M б.
  61. ^ EPE 2024, PSR J2241-5236 б.
  62. ^ EPE 2024, PSR J1311-3430 б.
  63. ^ ab Vleeschower et al. 2024, с. 1436.
  64. ^ Оливейра и др. 2022, стр. 1.
  65. ^ Влишоуер и др. 2024, с. 1440.
  66. ^ Влишоуер и др. 2024, с. 1454.
  67. ^ Влишоуер и др. 2024, с. 1444.
  68. ^ Ян и др. 2013, стр. 166.
  69. ^ Коуэн 1994, стр. 151.
  70. ^ ab Wolszczan 2008, стр. 2.
  71. ^ Доннисон 2010, стр. 1919.
  72. ^ Вольщан и Фрайл 1992, стр. 146.
  73. ^ Хансен, Ши и Карри 2009, стр. 387.
  74. ^ ab Iorio 2021, стр. 1.
  75. ^ Смит и др. 2014, стр. 3.
  76. ^ Вольщан 2008, стр. 3.
  77. ^ Паскуа и Ассаф 2014, стр. 1.
  78. ^ Сетиаван и др. 2010, с. 1642.
  79. ^ Спивак и др. 2018, с. 474.
  80. ^ Спивак и др. 2018, с. 476.
  81. ^ Ницу и др. 2022, стр. 2455.
  82. ^ Петрофф и др. 2015, с. 457.
  83. ^ Петрофф и др. 2015, с. 458.
  84. ^ Ширер и др. 2008, стр. 3.
  85. ^ Каплан и др. 2009.
  86. ^ Антониадис и др. 2013, с. 448.
  87. ^ ab Greaves & Holland 2017, стр. 26.
  88. ^ Вольщан 1994, стр. 538.
  89. ^ аб Старовойт и Роден 2017, с. 948.
  90. ^ Ницу и др. 2022, стр. 2447.
  91. ^ NASAcatalog 2024, PSR B0329+54 b.
  92. ^ EPE 2024, PSR J1555-2908 c.
  93. ^ EPE 2024, PSR B0525+21 б.
  94. ^ EPE 2024, PSR B1937+21 б.
  95. ^ EPE 2024, PSR J0337+1715 (AB) б.
  96. ^ EPE 2024, SGR 1806-20 б.
  97. ^ EPE 2024, SWIFT J1756.9-2508 б.
  98. ^ Патруно и Кама 2017, стр. 4–5.
  99. ^ Патруно и Кама 2017, стр. 5–6.
  100. ^ Патруно и Кама 2017, стр. 11.
  101. ^ Патруно и Кама 2017, стр. 6.
  102. ^ Стаменкович и Брейер 2009, стр. 58.
  103. ^ Патруно и Кама 2017, стр. 4.
  104. ^ Патруно и Кама 2017, стр. 7.
  105. ^ Иорио 2021, стр. 5.

Источники