Белые карлики. Будущее Вселенной

А в самом конце 2019 г. появилось куда более сенсационное сообщение. Команда астрофизиков из Британии, ФРГ и Чили объявила о вероятном открытии крупной планеты, обращающейся на близком расстоянии от горячего белого карлика WDJ0914+1914 из созвездия Рака, отделенного от нас дистанцией в 1500 световых лет[31]. Как показали наблюдения на телескопе Very Large Telescope, принадлежащем Европейской южной обсерватории (Чили), он окружен газовым диском, состоящим в основном из водорода, кислорода и серы. Карлик стягивает на себя (аккрецирует) вещество диска в количестве 3300 тонн за секунду. Ученые полагают, что источником этого газа служит планета с массой порядка массы Нептуна, которая обращается вокруг белого карлика по эллиптической орбите с большой полуосью в 15 солнечных радиусов (приблизительно 10 млн км). Излучение карлика испаряет ее газовую оболочку и тем самым обеспечивает устойчивую аккрецию из диска на его поверхность.

Авторы статьи в Nature смоделировали будущее этой странной пары. Сейчас поверхность WDJ0914+1914 нагрета до 27 750 K. Через 350 млн лет он остынет настолько, что атмосфера планеты-спутника практически перестанет испаряться. Планета к тому времени потеряет не более 4 % своей первоначальной массы.

Правда, сателлит белого карлика WDJ0914+1914 был обнаружен по косвенным признакам, и потому его открытие пока не вполне достоверно. Однако уже в сентябре 2020 г. в журнале Nature появилось сообщение о другом белом карлике, чей спутник удалось отловить с помощью прямых оптических наблюдений. Это старый и довольно холодный белый карлик WD1856+534, удаленный от Земли на 81 световой год. Вокруг него на небольшой дистанции обращается крупное небесное тело с радиусом в 10 раз больше земного, которое делает один оборот всего за 34 часа. Оно периодически и весьма сильно экранирует доходящий до Земли свет белого карлика, чем и выявляет свое присутствие на близкой к карлику орбите. Его массу пока измерить не удалось, но она наверняка не превышает 14 масс Юпитера. Авторы статьи в Nature считают, что новооткрытый спутник белого карлика WD1856+534, скорее всего, представляет из себя планету юпитерианского типа, однако в принципе может оказаться и легким коричневым карликом. Интересно, что сам белый карлик имеет компаньонов и посолиднее, поскольку входит в состав тройной звездной системы. Так что теперь наличие планет вокруг белых карликов можно считать если не полностью доказанным, то, во всяком случае, куда более вероятным.

25. Послесолнечный карлик

Из сказанного ясно, что белым карликом со временем станет и наше Солнце. Посмотрим, как это произойдет.

Наше светило за время жизни уже успело сжечь немалую часть своего водорода. Солнечное ядро постепенно сжимается и разогревается. Это увеличивает светимость Солнца, которая после его превращения из протозвезды в звезду главной последовательности уже выросла на 25–30 % — а процесс идет и будет идти. Через 5,4 млрд лет горение водорода в центральной зоне Солнца прекратится, поскольку водорода там уже не будет, но он продолжит гореть в прилегающем слое. Давление в этой зоне быстро увеличится, Солнце потеряет гидростатическую устойчивость и начнет расширяться, превращаясь в красный гигант. Этот процесс займет около 2 млрд лет и приведет к тому, что солнечный радиус вырастет примерно в 250 раз, светимость увеличится в 2700 раз, а температура поверхности упадет до 2600 K. В этой фазе многократно возрастет интенсивность солнечного ветра, в результате чего Солнце потеряет около 30 % массы.

На этом изменения не закончатся. Когда возраст Солнца немного превысит 12 млрд лет, температура ядра достигнет сотни миллионов кельвинов, и в его центре загорится гелий — с образованием углерода и кислорода. В это время ставшее красным гигантом Солнце сожмется примерно в 20 раз, так что его радиус составит 11 радиусов стабильного периода. Температура поверхности вновь повысится, хотя и не до прежнего уровня — только до 4770 K (так что Солнце из красного станет оранжевым).

Стадия гелиевого горения будет не слишком продолжительной, примерно 100 млн лет. На периферии ядра в это время будет дожигаться водород, причем зона его сгорания вновь сдвинется по направлению к поверхности. К концу этой эпохи гелий загорится вокруг ядра, в то время как в самом ядре реакции синтеза уже прекратятся. Солнце опять потеряет стабильность, его внешние слои вторично раздуются практически до прежнего максимума, и оно превратится в так называемую звезду асимптотической ветви гигантов (АВГ) с температурой поверхности около 3500 K.