Спасение от Эйнштейна: Как теория относительности открывает двери для жизни у белых карликов
Планеты, вращающиеся вокруг белых карликов — останков умерших звезд, — могут стать долговременными убежищами для внеземной жизни. Однако у них есть фатальная проблема: катастрофический перегрев. Согласно новому исследованию, их спасителем оказывается не кто иной, как Альберт Эйнштейн и его теория относительности.
Белые карлики — это компактные ядра, оставшиеся после гибели звезд, похожих на наше Солнце. Они буквально усеивают собой Вселенную: только в Млечном Пути их насчитываются сотни миллионов. Поскольку они способны сохранять тепло в течение сотен миллиардов лет, они представляют собой чрезвычайно интригующую цель для поисков жизни.
Однако предыдущие исследования показывали, что жизни на такой планете, вероятно, придется несладко. Обитаемая зона — область, где температуры являются подходящими для существования жидкой воды на поверхности — у белого карлика находится на расстоянии от одной десятой до одной сотой расстояния от Земли до Солнца. Это приемлемо, хотя и не совсем комфортно, но проблема возникает, если планета в системе не одна.
Если где-то поблизости есть другая планета, то ее слабое, но постоянное гравитационное влияние будет тянуть внутренний мир к звезде, придавая его орбите высокоэллиптическую форму. Оказавшись на такой орбите, планета начнет растягиваться и сжиматься от приливного нагрева. Этот процесс мы наблюдаем на ледяных спутниках в outer solar system, где он разжигает их внутренние океаны. Но для планеты у белого карлика этот же процесс разогреет ее настолько, что она станет полностью необитаемой.
Предыдущие расчеты, основанные на ньютоновской гравитации, показывали, что этого очень легко добиться. Даже небольшое отклонение от идеально круговой орбиты было бы достаточно, чтобы обречь планету на гибель.
Однако эти расчеты учитывали только классическую механику Ньютона, которая прекрасно описывает движение снарядов на Земле или орбиты большинства планет. Но мы знаем, что ньютоновская гравитация не всегда точна, особенно для тесных орбит вокруг сверхплотных звезд. В нашей собственной Солнечной системе орбита Меркурия медленно вращается (происходит ее прецессия), и ньютоновская физика не может этого объяснить. Одним из главных триумфов теории относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию как искривление пространства-времени, стало как раз точное объяснение орбиты Меркурия.
В новой статье, опубликованной 30 сентября в базе препринтов arXiv, исследователи провели более тщательный анализ планет, вращающихся вокруг белых карликов, с учетом эффектов общей теории относительности (ОТО). Хотя ученые и раньше знали, что ОТО точнее, эта теория гораздо сложнее в применении и обычно не вносит значительных изменений в расчеты планетарных орбит.
Но на этот раз исследователи обнаружили, что более точный подход открывает гораздо более широкое окно обитаемости, чем считалось ранее. Оказалось, что прецессия орбиты внутренней планеты, предсказанная Эйнштейном, «защищает» ее от вытягивания в более эллиптические траектории. Это, в свою очередь, предотвращает катастрофический приливной перегрев. (Стоит отметить, что статья еще не прошла рецензирование.)
Безусловно, в некоторых случаях приливной нагрев неизбежен — например, если планета-компаньон слишком велика или находится слишком близко. Но, как показали расчеты, в самых разных конфигурациях внутренняя планета может оставаться на стабильной орбите.
Это открытие кардинально меняет наш взгляд на белые карлики как на потенциальные колыбели жизни. Теперь астрономам придется пересмотреть критерии поиска обитаемых миров вокруг этих мертвых звезд. Учитывая их невероятно долгий срок жизни — в сотни раз превышающий нынешний возраст Вселенной, — у жизни на таких планетах было бы практически бесконечное время для возникновения, эволюции и развития сложных форм.
И если какая-либо инопланетная цивилизация действительно возникнет на такой планете, ее ученые, возможно, однажды откроют общую теорию относительности самостоятельно. И если они это сделают, они поймут, что должны быть благодарны этой самой физике за само свое существование. Таким образом, теория, рожденная в уме земного гения, может оказаться не только ключом к пониманию Вселенной, но и универсальным условием для долгоживущих цивилизаций среди звезд.
