Когато звездите гаснат и се превръщат в планети

Орбиталният телескоп WISE е открил на разстояние 55 светлинни години от Земята изключително необичаен обект – неголямото небесно тяло J0304-2705, което в далечното минало е било звезда, бледо червено джудже, а днес представлява студена планета – газов гигант.

Температурата на нейната повърхност не надвишава 150 градуса по Целзий. Откритието на това „преходно звено“ още повече размива границите между планетите и светилата, смятат авторите на приетата за публикация статия в сп. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

„Нашите наблюдения на това джудже от Y клас и измерването на неговите физически свойства показаха, че то прилича по химичен и изотопен състав на първите звезди в галактиките.

От гледна точка на астрономията това означава, че неговата температурна еволюция е била изключително екстремна – в първите мигове от живота повърхността на тази планета е била нагорещена до няколко хиляди градуса. Днес нейната топлина едва стига, за да кипнете вода и да си направите чай“, обяснява водещият автор на статията Дейвид Пинфилд от университета в Хартфордшир (Великобритания).

Пинфилд и колегите му открили първия ни известен пример за това как пълноценна звезда може да се превърне в подобие на планета, изучавайки небосвода над Южното полукълбо с орбиталния телескоп WISE. Този уред е изследвал далечните ъгълчета на Вселената и нашата галактика в инфрачервения диапазон от декември 2009 до февруари 2011 година.

Обсерваторията на НАСА е притежавала ненадмината до днес чувствителност, която ѝ позволила да открива и получава снимки дори на най-студените обекти, като например облаци от молекулярен водород.

Тази отличителна особеност на WISE позволила на астрономите да открият през 2011 година нов клас кафяви джуджета, изключително малки и студени звезди. Ако говорим за кафявите джуджета като цяло, много астрономи се съмняват, че те могат да се нарекат светила – масата на тези неосъществени звезди не стига за пускането на термоядрени реакции в ядрата. Те светят слабо в инфрачервения диапазон поради свиването на тяхната материя и с времето температурата и яркостта им трябва да спадат.

В съществуването на най-студените от тях, наричани от учените джуджета от Y клас, мнозина изследователи се съмняваха до публикуването на откритието, извършено от WISE преди три години. Тези обекти още по-малко приличат на звезди в сравнение с класическите кафяви джуджета.

Температурата на тяхната повърхност е около 300–400 градуса по Целзий, на тях има пълноценни облаци от пари олово и други метали, а тяхната повърхност по цвят и „топография“ повече напомня външната обвивка на планета гигант, отколкото на светило. Общо днес са известни около двадесет джуджета от Y клас, което е изключително малко по астрономически мерки.

Учените под ръководството на Пинфилд открили изключително необичайния представител на този клас причудливи неосъществени звезди, като проверявали работата на специален алгоритъм за търсене на кафяви джуджета в данните, събрани от WISE в последните месеци от неговата работа.

Тази методика за търсене се ориентира на уникални черти в спектъра на Y джуджетата, като линии на метан, амоняк и други сложни молекули, които позволяват те да се отличат от компактните облаци междузвезден газ, нагрети до сравнително високи температури.

По неочаквания за себе си начин изследователите открили 18 кафяви джуджета от Y клас. Новият обект, разположен в южното съзвездие Пещ, бил значително по-блед, по-малък и студен от всички останали звезди от този тип, което заинтригувало авторите и ги накарало да изучават обекта, на който дали името J0304-2705, с редица наземни телескопи.

Наземните оптични и инфрачервени телескопи не могат да си съперничат с обсерваторията WISE по чувствителност, поради което учените се сблъскали с трудности по време на повторното търсене на J0304-2705 и изучаването на неговите свойства. Този процес отнел практически година – първите опити да се открие новата звезда в Пещ с телескопа NTT на Европейската южна обсерватория били направени през януари 2013 година, а последните наблюдения са проведени от авторите на статията през декември миналата година.

Като обединили снимките, спектрограмите и другите данни от трите наземни телескопа, Пинфилд и колегите му стигнали до неочакван извод – откритото от тях кафяво джудже фактически може да се признае за планета.

В полза на това говорят малката маса на звездата, превишаваща тази на Юпитер само 20 пъти, свръхниската температура на повърхността – 150 градуса по Целзий, както и необичайната структура на спектъра, свидетелстваща за повишена яркост на J0304-2705 в сравнение с другите Y джуджета.

Най-необичайната черта на тази „бивша звезда“, както отбелязват учените, било това, че нейните недра практически не съдържат астрономични метали – елементи, по-тежки от водород и хелий. Това говори, че J0304-2705 е изключително възрастно светило, набор на първите звезди в нашата галактика. По оценка на авторите откритото то тях джудже в съзвездие Пещ се е формирало преди повече от 10 милиарда години.

В този момент J0304-2705 е бил истинска звезда – червено джудже от спектрален клас М, а температурата на повърхността му е била над 2800 келвина. По думите на изследователите през първите 20 милиона години от живота си тя е напомняла по облик и свойства на Проксима Центавър – най-близката до нас звезда.

В следващите девет милиарда години бъдещата планета постепенно е изстивала, губейки своя звезден облик и придобивайки черти на кафявите джуджета и планетите гиганти. Около 100 милиона години след рождението си тя се е охладила до 1500 градуса по Целзий и в нейните небеса започнали да се появяват облаци от силициеви пари. След милиард години, когато нейната температура е паднала до хиляда градуса, горните обвивки на J0304-2705 са започнали да се запълват водни пари и молекули метан.

Както смятат Панфилд и другите автори на статията, J0304-2705 не е уникален обект за нашата галактика – в нея трябва да присъстват и други планети „бивши звезди“, чиято температура може дори да е по-ниска. Тяхното откриване ще стане възможно в средата на следващото десетилетие, когато на орбита се отправи WFIRST, новият инфрачервен телескоп на НАСА.