Los astrofísicos de la Universidad de Leiden (Países Bajos) Michel Kama y Alessandro Patruno demostraron que alrededor de estrellas de neutrones pueden existir planetas aptos para la vida. Entonces, en presencia de ciertas condiciones, las supertierras PSR B1257 + 12 d y PSR B1257 + 12 c, que recibieron los nombres Fobetor y Poltergeist, se encuentran en la zona habitable de la estrella PSR B1257 + 12, llamada Lich. El estudio sobre este tema fue publicado por los autores en una de las publicaciones especializadas.
Por el momento, los científicos conocen alrededor de tres mil estrellas de neutrones, pero solo dos de ellas tienen sistemas planetarios de manera confiable, y algunos pueden tener tales sistemas. Cabe señalar que los primeros exoplanetas se descubrieron precisamente cerca de una estrella de neutrones. Ocurrió en 1991. El descubrimiento fue realizado por el radioastrónomo polaco-estadounidense A. Wolschan, quien descubrió dos exoplanetas cerca de PSR B1257 + 12: Fobetor y Poltergeist. Cada uno de ellos es aproximadamente cuatro veces más pesado que nuestro planeta. Un año después, este descubrimiento fue confirmado por el astrónomo canadiense Dale Frail.
Después de un tiempo, se descubrió allí otro exoplaneta, PSR B1257 + 12 b, que resultó ser 50 veces más ligero que la Tierra. Se encuentra muy cerca de una estrella de neutrones, por lo que las condiciones en él no son adecuadas ni siquiera para la vida más extrema. En cuanto al Poltergeist, este exoplaneta es 4,3 veces más pesado que la Tierra, en su superficie la temperatura alcanza los 51-652 Kelvin. El planeta gira alrededor del púlsar a una distancia de 0,36 unidades astronómicas con un período de 66 días. El segundo exoplaneta, Phobetor, está más lejos del púlsar y es un poco más pesado que el Poltergeist.
La propia estrella PSR B1257 + 12 se encuentra en la constelación de Virgo, a una distancia de 2,3 mil años luz de nuestro planeta. Es aproximadamente 1,4 veces más pesado que el Sol, pero aproximadamente 125 billones de veces más pequeño que él (el radio del púlsar es de solo 10 kilómetros). Los astrónomos estiman la edad de PSR B1257 + 12 en aproximadamente mil millones de años, es decir, el púlsar es cuatro veces más joven que el Sol. La estrella gira con un período de 0.06 segundos, rayos X de alta potencia emanan de ella hacia el espacio circundante. Anteriormente se pensaba que la vida en estos dos exoplanetas era imposible, pero Patruno y Kama pudieron demostrar que este no era el caso.
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La formación de estrellas de neutrones se produce como resultado de una explosión de supernova, después de la cual a menudo hay suficiente materia en órbita para formar un disco protoplanetario. Además del pulsar PSR B1257 + 12, también se descubrieron exoplanetas alrededor de PSR J1719-1438. El satélite rico en carbono PSR J1719-1438 b bien pudo haber sido anteriormente una enana blanca. Los científicos también admiten que puede existir un cinturón de asteroides cerca de PSR J1937 + 21. Además, los científicos interpretan algunos fenómenos astronómicos, en particular el estallido de rayos gamma GRB 101225A, como una colisión de una estrella de neutrones y un asteroide o cometa.
Los investigadores han identificado tradicionalmente tres tipos de planetas que pueden estar cerca de estrellas de neutrones. El primer tipo incluye planetas típicos, que son un subproducto de la formación de estrellas y que se formaron incluso antes de la explosión de la supernova y la aparición de la propia estrella de neutrones. El segundo tipo incluye planetas que se forman a partir de la materia que quedó después de una explosión de supernova cerca de una estrella de neutrones. Los planetas del tercer tipo son planetas que se formaron a partir de la materia de un satélite destruido de una estrella de neutrones (por ejemplo, PSR J1719-1438 b). Este tipo es típico para satélites de estrellas de milisegundos, en particular, para PSR B1257 + 12 y PSR J1719-1438.
Los científicos especulan que los planetas alrededor de estrellas de neutrones son la excepción y no la regla. Los rayos X y gamma de alta energía, así como el llamado viento púlsar, pueden destruir cualquier objeto durante un período de un millón a mil millones de años. Al mismo tiempo, un cuerpo celeste relativamente pequeño, que está lo suficientemente lejos de la estrella, tiene la posibilidad de mantener una órbita estable durante mucho tiempo. Por esta razón, a pesar del número relativamente pequeño de púlsares con planetas, debido a la gran cantidad de estrellas de neutrones en sí (alrededor de mil millones) dentro de la Vía Láctea, el número de sistemas planetarios a su alrededor alcanza los 10 millones.
Los sistemas planetarios cercanos a los púlsares no tienen que ser similares a los que se encuentran cerca de las estrellas de la secuencia principal. Entonces, por ejemplo, la habitabilidad de un planeta generalmente se define mediante términos como la temperatura superficial de equilibrio, la energía radiante dada recibida de la estrella anfitriona. Esta energía se calcula en una primera aproximación como radiación de cuerpo negro que alcanza su máximo en los rangos óptico, infrarrojo o ultravioleta. En este caso, las zonas habitables típicas se identifican a una distancia que varía desde unas pocas acciones hasta unidades astronómicas.
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La zona habitable, que es mucho más pequeña en tamaño que cerca de las estrellas de la secuencia principal, está calculada para las enanas blancas (el Sol se convertirá en un objeto de este tipo en 8 mil millones de años). Cuando en 3 mil millones de años la estrella se enfríe a una temperatura de aproximadamente 10 mil kelvin, la ubicación de la zona habitable estará a una distancia de 0.005-0.02 unidades astronómicas. Cuando se trata de estrellas de neutrones, la radiación de cuerpo negro más brillante corresponde a los rayos X, cuando se observan muchas partículas ionizantes de alta energía. Al mismo tiempo, la radiación ultravioleta, óptica e infrarroja está prácticamente ausente.
Los autores del estudio utilizaron un software especial que analiza fotografías del sistema PSR B1257 + 12, que se obtuvieron el 3 de mayo de 2007 utilizando el telescopio espacial de rayos X Chandra. Además, utilizaron datos de observación del 22 de mayo de 2005 para comparar sus hallazgos con los de otros científicos. Según estimaciones preliminares, la temperatura de la superficie del púlsar alcanza los 1,1 millones de Kelvin, y cerca de él, a una distancia de una fracción de las unidades astronómicas, puede existir un disco de polvo.
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Para la posible vida en Phobetor y Poltergeist, el principal peligro y, al mismo tiempo, la principal fuente de calor pueden ser los rayos X, que pueden provocar un calentamiento significativo de la atmósfera de los planetas. Los rayos gamma y los rayos X duros penetran en la atmósfera mucho más profundamente que los rayos X suaves y la radiación ultravioleta. Sin embargo, en el caso de que las envolturas de gas sean amplias, la radiación peligrosa no puede llegar a la superficie del planeta.
Según los supuestos de Kama y Patruno, los planetas que giran alrededor de púlsares aislados deberían evolucionar como cuerpos celestes que giran alrededor de las estrellas de la secuencia principal, que emiten fuertes rayos X al principio de su evolución. En nuestro planeta, los rayos X son rápidamente bloqueados por la termosfera, en la que el gas se ioniza cuando interactúa con los rayos ultravioleta y los rayos X. Esta capa tiene una temperatura bastante alta, que es de cientos o miles de Kelvin. Al mismo tiempo, esta capa es ineficaz como fuente de calor porque está enrarecida.
Según la tesis generalmente aceptada, la zona habitable es el área alrededor de una estrella en la que un planeta similar a la Tierra (es decir, un planeta que tiene una atmósfera de dióxido de carbono, nitrógeno y agua) puede tener una cantidad suficiente de agua líquida en su superficie. Muy a menudo, una condición necesaria pero insuficiente para la habitabilidad del planeta, los científicos creen que el indicador de su temperatura de equilibrio no cae por debajo de 270 kelvin. Kama y Patruno calcularon la zona habitable alrededor del púlsar PSR B1257 + 12 utilizando estimaciones de la radiación que llega a Phobetor y Poltergeist, con la hipótesis de que la temperatura de equilibrio de las dos súper Tierras es de 175-275 Kelvin.
Esto es bastante posible, ya que la atmósfera de los grandes planetas tiene un gradiente de temperatura más alto que en la Tierra, cuya atmósfera es bastante homogénea. En base a esto, los investigadores concluyeron que si los rayos X son la principal fuente de energía para los planetas, entonces los tres planetas del sistema PSR B1257 + 12 no son aptos para la vida porque hace demasiado frío allí. Pero si tenemos en cuenta la radiación gamma que se produce debido al viento púlsar en la atmósfera de los planetas, los límites de la zona habitable se desplazan en una distancia de 2 a 5 unidades astronómicas.
Entre estos dos posibles escenarios, hay un espacio de parámetros en el que Fobetor y Poltergeist caen en la zona habitable. Además, los autores del estudio demostraron que el planeta más antiguo conocido por el hombre, PSR B1620-26, incluso en el caso más optimista, no puede ser habitable. Con respecto al púlsar PSR J1719-1438, los científicos actualmente tienen muy pocos datos sobre la radiación de rayos X, por lo que no se pueden sacar conclusiones definitivas. Según los científicos, la luminosidad de los rayos X de la mayoría de los púlsares aislados con la salida de materia hacia una compañera en una estrella de neutrones (la llamada acreción de Bondi-Hoyle) es mucho mayor que la de PSR B1257 + 12, lo cual es atípico en este sentido.
En otras palabras, para los planetas similares a la Tierra, la zona habitable alrededor de una estrella de neutrones existe durante un tiempo relativamente corto. Y para las súper tierras con una atmósfera densa, la zona habitable dura mucho más. Los científicos calcularon que si nuestro planeta estuviera de 1 a 10 unidades astronómicas de PSR B1257 + 12, mientras que si su atmósfera representara aproximadamente el uno por ciento de la masa de todo el planeta, la Tierra perdería su capa de gas en aproximadamente 10 millones de años. En las mismas condiciones, las super-Tierras con atmósferas gruesas habrían perdido su envoltura de gas en aproximadamente un billón de años.
Como señalan los investigadores, el mayor peligro para la atmósfera no son los rayos X, sino los vientos de púlsar. Actúan en un momento determinado: hay una especie de línea de muerte que determina el momento en que la estrella de neutrones deja de producir viento. En púlsares jóvenes, esto sucede en aproximadamente un millón de años, y en estrellas de milisegundos, miles de millones de años. Sin embargo, según los científicos, esto elimina la fuente de energía del planeta, como resultado de lo cual su temperatura cae bruscamente y se excluye cualquier posibilidad de determinar la zona habitable. Sin embargo, en este caso, permanece la acreción de Bondi-Hoyle, que puede generar suficiente radiación de rayos X, calentando así el planeta. Además, la temperatura se puede mantener mediante calentamiento por marea.
En el caso de que el eje de rotación de la estrella de neutrones y el eje magnético diverjan fuertemente, es posible que el viento púlsar no alcance la superficie del planeta. En el plano ecuatorial, en el que a menudo se encuentran los planetas, no hay viento de púlsar, solo radiación de rayos X. Los científicos para tal caso calcularon que la atmósfera de Phobetor y Poltergeist durante 850 millones de años ha perdido aproximadamente 0,0005 masas terrestres, que es aproximadamente 0,0001 de su propia masa. Esto es muy pequeño, especialmente si la atmósfera PSR B1257 + 12 d y PSR B1257 + 12 c representan, según la suposición generalmente aceptada, alrededor del uno por ciento de la masa de los planetas.
Este estudio no brinda la oportunidad de sacar conclusiones inequívocas de que las supertierras cercanas a PSR B1257 + 12 están dentro de la zona habitable. Por el momento, su determinación es imposible para los púlsares, incluida la estrella de neutrones PSR B1257 + 12. Al mismo tiempo, el estudio mostró que si Phobetor y Poltergeist tienen una atmósfera poderosa y densa, entonces, teóricamente, estos planetas pueden ser adecuados para la vida.
