Michel Kama és Alessandro Patruno, a Leideni Egyetem (Hollandia) asztrofizikusai bebizonyították, hogy lehetnek neutroncsillagok körül életre alkalmas bolygók. Tehát bizonyos feltételek mellett a Fobetor és a Poltergeist nevet kapó PSR B1257 + 12 d és PSR B1257 + 12 c szuperföldek a Lich nevű PSR B1257 + 12 csillag lakható övezetében találják magukat. A témáról szóló tanulmányt a szerzők egy speciális kiadványban tették közzé.
Jelenleg a tudósok mintegy három ezer neutroncsillagot tudnak, de csak kettőük rendelkezik bolygórendszerrel, és némelyikük is rendelkezik ilyen rendszerekkel. Meg kell jegyezni, hogy az első exoplanetokat pontosan egy neutroncsillag közelében fedezték fel. 1991-ben történt. A felfedezést a lengyel-amerikai rádiócsillagász A. Wolschan készítette, aki két exoplanettát fedezett fel a PSR B1257 + 12 közelében - Fobetor és Poltergeist. Mindegyik körülbelül négyszer nehezebb, mint a bolygónk. Egy évvel később, Dale Frail kanadai csillagász megerősítette ezt a felfedezést.
Egy idő után egy másik exoplanet, a PSR B1257 + 12 b fedezték fel ott, amely 50-szer világosabbnak bizonyult, mint a Föld. Nagyon közel van egy neutroncsillaghoz, tehát a rajta lévő feltételek még a legszélsőségesebb életre sem alkalmasak. Ami a Poltergeist-et illeti, ez az exoplanet 4,3-szor nehezebb, mint a Föld, felületén a hőmérséklet eléri az 51-652 Kelvin-t. A bolygó 0,36 csillagászati egység távolságra, 66 napos időközönként forog a pulzár körül. A második exoplanet, a Phobetor, messzebb van a pulzártól és kissé nehezebb, mint a Poltergeist.
Maga a PSR B1257 + 12 csillag a Szűz csillagképben található, 2,3 ezer fényév távolságban a bolygónktól. Körülbelül 1,4-szer nehezebb, mint a Nap, de hozzávetőlegesen 125 trilliószor kisebb (a pulzár sugara mindössze 10 kilométer). A csillagászok a PSR B1257 + 12 életkorát körülbelül egymilliárd évre becsülik, azaz a pulsar négyszer fiatalabb, mint a Nap. A csillag 0,06 másodpercig forog, nagy teljesítményű röntgen sugárzik belőle a környező térbe. Korábban azt hitték, hogy a két exoplaneten nem lehet élet, de Patruno és Kama bizonyítani tudták, hogy nem ez a helyzet.
A neutroncsillagok kialakulása egy szupernóva robbanás eredményeként következik be, amely után a pályán gyakran elég anyag van protoplanetáris korong kialakításához. A PSR B1257 + 12 pulzár mellett exoplaneket is felfedeztek a PSR J1719-1438 körül. A szénben gazdag műholdas PSR J1719-1438 b műhold valószínűleg már korábban fehér törpe volt. A tudósok azt is elismerik, hogy aszteroid öv létezhet a PSR J1937 + 21 közelében. A tudósok emellett néhány csillagászati jelenséget, különösen a GRB 101225A gamma-sugárkitörést úgy értelmeznek, mint egy neutroncsillag és egy aszteroida vagy üstökös ütközése.
A kutatók hagyományosan három olyan bolygót azonosítottak, amelyek neutroncsillagok közelében lehetnek. Az első típusba tartoznak a tipikus bolygók, amelyek a csillagképződés mellékterméke és amelyek még a szupernóva robbanás és a neutroncsillag megjelenése előtt is kialakultak. A második típusba azok a bolygók tartoznak, amelyek az anyagból képződnek, amely egy szupernóva robbanás után maradt egy neutroncsillag közelében. A harmadik típusú bolygók olyan bolygók, amelyek egy neutroncsillag elpusztult műholdainak anyagából képződtek (például PSR J1719-1438 b). Ez a típus tipikus a milliszekundumos csillagok műholdaival, különösen a PSR B1257 + 12 és a PSR J1719-1438 esetén.
A tudósok azt gondolják, hogy a neutroncsillagok körüli bolygók inkább kivétel, mint szabály. A nagy energiájú gamma- és röntgen sugarak, valamint az úgynevezett pulsar szél milliótól milliárd évig elpusztíthat tárgyakat. Ugyanakkor egy viszonylag kicsi, a csillagtól elég távoli égi testnek esélye van hosszú ideig stabil keringési pálya fenntartására. Ennélfogva, annak ellenére, hogy a bolygókkal szemben viszonylag kevés pulzátor létezik, és mivel a Tejútban nagyszámú neutroncsillag van (körülbelül egy milliárd), a bolygórendszerek száma körülötte eléri a 10 milliót.
A pulzátorok közelében lévő bolygórendszereknek nem kell, hogy hasonlítsanak a fő szekvenciacsillagok közelében találhatóhoz. Tehát például egy bolygó életképességét általában olyan fogalmak határozzák meg, mint például az egyensúlyi felszíni hőmérséklet, az adott sugárzó energia, amelyet a gazdaszervezettől kapnak. Ezt az energiát egy első közelítéskor számítják ki, amikor a fekete test sugárzása eléri a maximumot az optikai, infravörös vagy ultraibolya tartományban. Ebben az esetben a tipikus lakhatósági övezeteket néhány távolságtól a csillagászati egységekig lehet azonosítani.
Promóciós videó:
A fehér törpékre számítják a lakhatósági övezetet, amely jóval kisebb, mint a fő szekvencia csillagai közelében, (a Nap 8 milliárd év alatt ilyen objektummá válik). Amikor 3 milliárd év alatt a csillag körülbelül 10 ezer kelvin hőmérsékletre hűl, az élőhely elhelyezkedése 0,005-0,02 csillagászati távolságra helyezkedik el. A neutroncsillagok esetében a legfényesebb fekete test sugárzása megfelel a röntgennek, ha sok nagy energiájú ionizáló részecskét figyelünk meg. Ugyanakkor az ultraibolya, az optikai és az infravörös sugárzás gyakorlatilag hiányzik.
A tanulmány szerzői speciális szoftvert használtak, amely elemezte a PSR B1257 + 12 rendszer fényképeit, amelyeket 2007. május 3-án kapták meg a Chandra röntgen-távcső segítségével. Ezenkívül a 2005. május 22-i megfigyelési adatokat felhasználták, hogy eredményeiket összehasonlítsák más tudósok eredményeivel. Az előzetes becslések szerint a Pulsár felületi hőmérséklete eléri a 1,1 millió kelvinet, és közelében, csillagászati egységek töredékének távolságra porlemez lehet.
A Phobetor és a Poltergeist lehetséges életében a fő veszély és ugyanakkor a fő hőforrás a röntgen is, amely a bolygók légkörének jelentős felmelegedését válthatja ki. A gamma és a kemény röntgen sokkal mélyebben hatol be a légkörbe, mint a lágy röntgen és az ultraibolya sugárzás. Abban az esetben azonban, ha a gáz burkolata széles, a veszélyes sugárzás nem érheti el a bolygó felszínét.
Kama és Patruno feltevései szerint az izolált pulzátorok körül forgó bolygóknak úgy kell fejleszteniük, mint az égi testek, amelyek a fő szekvencia csillagok körül forognak, amelyek evolúciójuk korai szakaszában erős röntgen sugárzást bocsátanak ki. Bolygónkon a röntgenfelvételeket gyorsan blokkolja a termoszféra, amelyben a gáz ionizálódik, amikor kölcsönhatásba lép ultraibolya és röntgen sugarakkal. Ennek a rétegnek a hőmérséklete meglehetősen magas, ez több száz ezer kelvinben van. Ugyanakkor ez a réteg hőforrásként hatástalan, mivel ritka.
Az általánosan elfogadott tézis szerint az élhető zóna egy csillag körüli terület, amelyben a Föld-szerű bolygó (azaz a bolygó szén-dioxid, nitrogén és víz atmoszférájával rendelkezik) elegendő mennyiségű folyékony vizet tartalmazhat a felületén. A tudósok nagyon gyakran a bolygó életképességéhez szükséges, de nem elegendő feltétel, úgy vélik, hogy az egyensúlyi hőmérséklet mutatója nem csökken 270 kelvin alá. Kama és Patruno a Phobetor és Poltergeist sugárzás becsléseivel kiszámították a PSR B1257 + 12 pulsar körüli lakhatósági övezetet, feltételezve, hogy a két szuperföld egyensúlyi hőmérséklete 175-275 Kelvin.
Ez teljesen lehetséges, mivel a nagy bolygók légköre magasabb hőmérsékleti gradienssel rendelkezik, mint a Földön, amelynek légköre meglehetősen homogén. Ennek alapján a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy ha a bolygók fő energiaforrása a röntgen, akkor a PSR B1257 + 12 rendszer mindhárom bolygója alkalmatlan az életre, mert ott túl hideg. De ha figyelembe vesszük azt a gamma-sugárzást, amely a bolygók légkörében jelentkezik a pulsar szél miatt, akkor az élő zóna határait 2-5 csillagászati távolságra eltoljuk.
E két lehetséges forgatókönyv között olyan paraméterek vannak, amelyekben a Fobetor és a Poltergeist esnek a lakhatósági zónába. Ezenkívül a tanulmány szerzői bebizonyították, hogy az ember számára ismert legrégibb bolygó - a PSR B1620-26 - még a legoptimistább esetben sem lehet lakható. A pulsar PSR J1719-1438 kapcsán a tudósok jelenleg kevés adatot tartalmaznak a röntgen sugárzásról, tehát nem lehet következtetéseket levonni. A tudósok szerint a legtöbb izolált pulzátor röntgen fényereje az anyag társulással történő kiáramlásával egy neutroncsillagra (az úgynevezett Bondi-Hoyle-akkréció) sokkal nagyobb, mint a PSR B1257 + 12-nél, ami ebben az értelemben atipikus.
Más szavakkal, a Föld-szerű bolygók esetében a neutroncsillag körül élõ zóna viszonylag rövid ideig létezik. Sűrű atmoszférájú szuperföldön az élhető zóna sokkal hosszabb ideig tart. A tudósok kiszámították, hogy ha bolygónk 1-10 csillagászati egységből állna a PSR B1257 + 12-ből, míg ha a légköre az egész bolygó tömegének körülbelül egy százalékát adja, akkor a Föld kb. 10 millió év. Ugyanezen feltételek mellett a vastag atmoszférájú szuper Föld körülbelül billió év alatt elvesztette volna gázburkolatát.
A kutatók megjegyzik, hogy a légkör legnagyobb veszélyét nem a röntgen, hanem a pulsar szelek jellemzik. Egy adott időben működnek - létezik egyfajta halálvonal, amely meghatározza azt a pillanatot, amikor a neutroncsillag leállítja a széltermelést. A fiatal pulzátorokban ez körülbelül egymillió év alatt, a milliszekundumos csillagokban pedig milliárd év alatt fordul elő. A tudósok szerint ez azonban kiküszöböli a bolygó energiaforrását, amelynek eredményeként a hőmérséklete hirtelen esik, és kizárt minden lehetőség az alkalmazható zóna meghatározására. Ebben az esetben azonban megmarad a Bondi-Hoyle akkreditáció, amely elegendő röntgen sugárzást képes generálni, és ezáltal felmelegíti a bolygót. Ezen felül a hőmérsékletet árapályos melegítéssel lehet fenntartani.
Abban az esetben, ha a neutroncsillag és a mágneses tengely erősen eltérnek, a pulsar szél egyáltalán nem érheti el a bolygó felületét. Az egyenlítői síkban, amelyben a bolygók gyakran elhelyezkednek, nincs pulsar szél, csak röntgen sugárzás van. A tudósok egy ilyen esetre kiszámították, hogy a Phobetor és Poltergeist légköre 850 millió év alatt körülbelül 0,0005 Föld tömeget veszített el, ami körülbelül 0,0001 a saját tömegéhez képest. Ez nagyon kicsi, különösen, ha a PSR B1257 + 12 d és a PSR B1257 + 12 c légkör az általánosan elfogadott feltételezés szerint a bolygók tömegének körülbelül egy százalékát teszi ki.
Ez a tanulmány nem teszi lehetővé egyértelmű következtetések levonását, miszerint a PSR B1257 + 12 körüli szuper Föld az élhető zónában van. Jelenleg a pulzátorok, köztük a PSR B1257 + 12 neutroncsillag meghatározása lehetetlen. Ugyanakkor a tanulmány kimutatta, hogy ha a Phobetor és a Poltergeist erős és sűrű atmoszférával rendelkezik, akkor ezek a bolygók elméletileg alkalmasak lehetnek az életre.