Les astrophysiciens de l'Université de Leiden (Pays-Bas) Michel Kama et Alessandro Patruno ont prouvé que des planètes propices à la vie peuvent exister autour d'étoiles à neutrons. Ainsi, en présence de certaines conditions, les super-terres PSR B1257 + 12d et PSR B1257 + 12c, qui ont reçu les noms de Fobetor et Poltergeist, se retrouvent dans la zone habitable de l'étoile PSR B1257 + 12, appelée Lich. L'étude sur ce sujet a été publiée par les auteurs dans l'une des publications spécialisées.
À l'heure actuelle, les scientifiques connaissent environ trois mille étoiles à neutrons, mais seulement deux d'entre elles ont de manière fiable des systèmes planétaires, et certaines peuvent en avoir. Il est à noter que les premières exoplanètes ont été découvertes précisément à proximité d'une étoile à neutrons. C'est arrivé en 1991. La découverte a été faite par le radio-astronome polono-américain A. Wolschan, qui a découvert deux exoplanètes près du PSR B1257 + 12 - Fobetor et Poltergeist. Chacun d'eux est environ quatre fois plus lourd que notre planète. Un an plus tard, cette découverte a été confirmée par l'astronome canadien Dale Frail.
Après un certain temps, une autre exoplanète, PSR B1257 + 12 b, y a été découverte, qui s'est avérée être 50 fois plus légère que la Terre. Il est situé très près d'une étoile à neutrons, de sorte que les conditions ne conviennent pas même pour la vie la plus extrême. Quant au Poltergeist, cette exoplanète est 4,3 fois plus lourde que la Terre, à sa surface la température atteint 51-652 Kelvin. La planète tourne autour du pulsar à une distance de 0,36 unité astronomique avec une période de 66 jours. La deuxième exoplanète, Phobetor, est plus éloignée du pulsar et légèrement plus lourde que le Poltergeist.
L'étoile PSR B1257 + 12 elle-même est située dans la constellation de la Vierge, à une distance de 2,3 mille années-lumière de notre planète. Il est environ 1,4 fois plus lourd que le Soleil, mais environ 125 billions de fois plus petit que lui (le rayon du pulsar n'est que de 10 kilomètres). Les astronomes estiment l'âge du PSR B1257 + 12 à environ un milliard d'années, c'est-à-dire que le pulsar est quatre fois plus jeune que le Soleil. L'étoile tourne avec une période de 0,06 seconde, des rayons X de haute puissance en émanent dans l'espace environnant. On pensait auparavant que la vie sur ces deux exoplanètes était impossible, mais Patruno et Kama ont pu prouver que ce n'était pas le cas.
La formation d'étoiles à neutrons se produit à la suite d'une explosion de supernova, après quoi il y a souvent suffisamment de matière en orbite pour former un disque protoplanétaire. En plus du pulsar PSR B1257 + 12, des exoplanètes ont également été découvertes autour du PSR J1719-1438. Le satellite PSR J1719-1438 b, riche en carbone, était peut-être auparavant une naine blanche. Les scientifiques admettent également qu'une ceinture d'astéroïdes peut exister près du PSR J1937 + 21. De plus, les scientifiques interprètent certains phénomènes astronomiques, en particulier le sursaut gamma GRB 101225A, comme une collision entre une étoile à neutrons et un astéroïde ou une comète.
Les chercheurs ont traditionnellement identifié trois types de planètes qui peuvent être proches d'étoiles à neutrons. Le premier type comprend des planètes typiques, qui sont un sous-produit de la formation d'étoiles et qui se sont formées avant même l'explosion de la supernova et l'apparition de l'étoile à neutrons elle-même. Le deuxième type comprend les planètes qui sont formées à partir de la matière qui a été laissée après une explosion de supernova près d'une étoile à neutrons. Les planètes du troisième type sont des planètes formées à partir de la matière d'un satellite détruit d'une étoile à neutrons (par exemple, PSR J1719-1438 b). Ce type est typique pour les satellites d'étoiles millisecondes, en particulier pour PSR B1257 + 12 et PSR J1719-1438.
Les scientifiques pensent que les planètes autour des étoiles à neutrons sont l'exception plutôt que la règle. Les rayons gamma et X à haute énergie, ainsi que le vent dit pulsar, peuvent détruire n'importe quel objet sur une période allant d'un million à un milliard d'années. Dans le même temps, un corps céleste relativement petit, assez éloigné de l'étoile, a une chance de maintenir une orbite stable pendant longtemps. Pour cette raison, malgré le nombre relativement faible de pulsars avec des planètes, en raison du grand nombre d'étoiles à neutrons elles-mêmes (environ un milliard) dans la Voie lactée, le nombre de systèmes planétaires autour d'eux atteint 10 millions.
Les systèmes planétaires proches des pulsars ne doivent pas nécessairement être similaires à ceux trouvés près des étoiles de la séquence principale. Ainsi, par exemple, l'habitabilité d'une planète est généralement définie par des termes tels que la température de surface d'équilibre, l'énergie radiante donnée reçue de l'étoile hôte. Cette énergie est calculée en première approximation comme le rayonnement du corps noir atteignant son maximum dans les domaines optique, infrarouge ou ultraviolet. Dans ce cas, des zones habitables typiques sont identifiées à une distance allant de quelques parts à des unités astronomiques.
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La zone habitable, qui est beaucoup plus petite en taille que près des étoiles de la séquence principale, est calculée pour les naines blanches (le Soleil deviendra un objet de ce type dans 8 milliards d'années). Quand, dans 3 milliards d'années, l'étoile se refroidit à une température d'environ 10 000 kelvin, l'emplacement de la zone habitable sera à une distance de 0,005-0,02 unité astronomique. En ce qui concerne les étoiles à neutrons, le rayonnement du corps noir le plus brillant correspond aux rayons X, lorsque de nombreuses particules ionisantes à haute énergie sont observées. Dans le même temps, le rayonnement ultraviolet, optique et infrarouge est pratiquement absent.
Les auteurs de l'étude ont utilisé un logiciel spécial qui analyse les photographies du système PSR B1257 + 12, obtenues le 3 mai 2007 à l'aide du télescope spatial Chandra X-ray. De plus, ils ont utilisé les données d'observation du 22 mai 2005 pour comparer leurs résultats avec ceux d'autres scientifiques. Selon des estimations préliminaires, la température de surface du pulsar atteint 1,1 million de kelvin, et à proximité, à une distance d'une fraction d'unités astronomiques, un disque de poussière peut exister.
Pour une éventuelle vie sur Phobetor et Poltergeist, le principal danger et en même temps, la principale source de chaleur peuvent être les rayons X, qui peuvent provoquer un échauffement important de l'atmosphère des planètes. Les rayons gamma et durs pénètrent l'atmosphère beaucoup plus profondément que les rayons X mous et les rayons ultraviolets. Cependant, dans le cas où les enveloppes de gaz sont larges, les rayonnements dangereux ne peuvent pas atteindre la surface de la planète.
Selon les hypothèses de Kama et Patruno, les planètes qui tournent autour de pulsars isolés devraient évoluer comme des corps célestes tournant autour des étoiles de la séquence principale, qui émettent de puissants rayons X au début de leur évolution. Sur notre planète, les rayons X sont rapidement bloqués par la thermosphère, dans laquelle le gaz est ionisé lorsqu'il interagit avec les ultraviolets et les rayons X. Cette couche a une température assez élevée, qui est de centaines - milliers de Kelvin. Dans le même temps, cette couche est inefficace en tant que source de chaleur car elle est raréfiée.
Selon la thèse généralement acceptée, la zone habitable est la zone autour d'une étoile dans laquelle une planète semblable à la Terre (c'est-à-dire une planète qui a une atmosphère de dioxyde de carbone, d'azote et d'eau) peut avoir une quantité suffisante d'eau liquide à sa surface. Très souvent condition nécessaire mais insuffisante pour l'habitabilité de la planète, les scientifiques estiment que l'indicateur de sa température d'équilibre ne tombe pas en dessous de 270 kelvin. Kama et Patruno ont calculé la zone habitable autour du pulsar PSR B1257 + 12 en utilisant des estimations du rayonnement atteignant Phobetor et Poltergeist, en faisant l'hypothèse que la température d'équilibre des deux super-Terres est de 175 à 275 Kelvin.
C'est tout à fait possible, car l'atmosphère des grandes planètes a un gradient de température plus élevé que sur Terre, dont l'atmosphère est assez homogène. Sur cette base, les chercheurs ont conclu que si les rayons X sont la principale source d'énergie des planètes, les trois planètes du système PSR B1257 + 12 ne sont pas adaptées à la vie, car il y fait trop froid. Mais si nous prenons en compte le rayonnement gamma qui se produit en raison du vent pulsar dans l'atmosphère des planètes, alors les limites de la zone habitable sont décalées d'une distance de 2 à 5 unités astronomiques.
Entre ces deux scénarios possibles, il y a un espace de paramètres dans lequel Fobetor et Poltergeist tombent dans la zone habitable. De plus, les auteurs de l'étude ont prouvé que la planète la plus ancienne connue de l'homme - PSR B1620-26 - même dans le cas le plus optimiste, ne peut pas être habitable. En ce qui concerne le pulsar PSR J1719-1438, les scientifiques ont actuellement trop peu de données sur le rayonnement X, donc aucune conclusion définitive ne peut être tirée. Selon les scientifiques, la luminosité des rayons X de la plupart des pulsars isolés avec la sortie de matière dans un compagnon sur une étoile à neutrons (l'accrétion dite de Bondi-Hoyle) est beaucoup plus élevée que celle du PSR B1257 + 12, ce qui est atypique en ce sens.
En d'autres termes, pour les planètes semblables à la Terre, la zone habitable autour d'une étoile à neutrons existe pendant un temps relativement court. Et pour les super-terrains à atmosphère dense, la zone habitable dure beaucoup plus longtemps. Les scientifiques ont calculé que si notre planète était composée de 1 à 10 unités astronomiques du PSR B1257 + 12, et si son atmosphère représentait environ un pour cent de la masse de la planète entière, la Terre perdrait sa coquille de gaz en environ 10 millions d'années. Dans les mêmes conditions, les super-Terres aux atmosphères épaisses auraient perdu leur enveloppe de gaz dans environ un billion d'années.
Comme le notent les chercheurs, le plus grand danger pour l'atmosphère ne sont pas les rayons X, mais les vents pulsar. Ils agissent à un certain moment - il existe une sorte de ligne de mort qui détermine le moment où l'étoile à neutrons cesse de produire du vent. Dans les jeunes pulsars, cela se produit dans environ un million d'années, et dans les étoiles de la milliseconde, des milliards d'années. Cependant, selon les scientifiques, cela élimine la source d'énergie de la planète, à la suite de quoi sa température baisse brusquement, et toute possibilité de déterminer la zone habitable est exclue. Cependant, dans ce cas, l'accrétion de Bondi-Hoyle demeure, ce qui peut générer suffisamment de rayonnement X, chauffant ainsi la planète. De plus, la température peut être maintenue par chauffage à la marée.
Dans le cas où l'axe de rotation de l'étoile à neutrons et l'axe magnétique divergent fortement, le vent pulsar peut ne pas atteindre du tout la surface de la planète. Dans le plan équatorial, dans lequel se trouvent souvent les planètes, il n'y a pas de vent pulsar, il n'y a que des rayons X. Les scientifiques pour un tel cas ont calculé que l'atmosphère de Phobetor et Poltergeist sur 850 millions d'années a perdu environ 0,0005 masse terrestre, soit environ 0,0001 de sa propre masse. C'est très faible, surtout si l'atmosphère PSR B1257 + 12d et PSR B1257 + 12c représente, selon l'hypothèse généralement admise, environ un pour cent de la masse des planètes.
Cette étude ne permet pas de tirer des conclusions sans ambiguïté que les super-Terres proches du PSR B1257 + 12 se trouvent dans la zone habitable. Pour le moment, sa détermination est impossible pour les pulsars, y compris l'étoile à neutrons PSR B1257 + 12. Dans le même temps, l'étude a montré que si Phobetor et Poltergeist ont une atmosphère puissante et dense, alors théoriquement ces planètes peuvent être propices à la vie.
