PSR 1257+12

PSR 1257+12 — это пульсар, который стал первым объектом, вокруг которого были обнаружены экзопланеты, то есть планеты за пределами Солнечной системы.

 

Что такое пульсар?

Пульсар — это нейтронная звезда, которая быстро вращается и излучает регулярные импульсы электромагнитного излучения, чаще всего в радиодиапазоне. Нейтронные звезды образуются после взрыва сверхновой, когда массивная звезда исчерпывает свое топливо и коллапсирует под действием собственной гравитации. В результате ядро звезды сжимается до невероятно плотного объекта диаметром около 10–20 км, состоящего преимущественно из нейтронов. Пульсары излучают импульсы благодаря сильному магнитному полю и быстрому вращению: их магнитные полюса не совпадают с осью вращения, и когда эти полюса "смотрят" в сторону Земли, мы регистрируем излучение, как луч маяка.

 

Открытие PSR 1257+12

PSR 1257+12 был открыт в 1990 году польско-американским астрономом Александром Вольщаном (Aleksander Wolszczan) с использованием радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико. Этот пульсар находится в созвездии Девы на расстоянии примерно 2300 световых лет от Земли (по современным оценкам, уточненным позже). Его полное обозначение — PSR B1257+12, где "B" указывает на координаты в экваториальной системе (прямое восхождение 12 часов 57 минут, склонение +12 градусов), а "PSR" означает "пульсар".

Этот объект — миллисекундный пульсар, то есть он вращается с периодом порядка миллисекунд. Конкретно у PSR 1257+12 период вращения составляет около 6,22 миллисекунды (примерно 161 оборот в секунду). Миллисекундные пульсары считаются "старыми" нейтронными звездами, которые раскручиваются за счет аккреции вещества от звезды-компаньона в двойной системе, что делает их вращение невероятно стабильным.

 

Открытие планет

В 1992 году Вольщан и его коллега Дейл Фрейл (Dale Frail) объявили об открытии двух планет вокруг PSR 1257+12, а позже, в 1994 году, была подтверждена третья. Это стало первым подтвержденным обнаружением экзопланет в истории астрономии. Планеты были найдены благодаря методу тайминга пульсара — анализу мельчайших изменений в периодичности импульсов излучения.

Как это работает?

Пульсары, особенно миллисекундные, обладают удивительно стабильным ритмом импульсов, сравнимым с точностью атомных часов. Если вокруг пульсара вращаются планеты, их гравитационное влияние вызывает небольшие колебания в положении пульсара относительно Земли. Эти колебания приводят к тому, что импульсы приходят то чуть раньше, то чуть позже ожидаемого времени. Анализируя эти отклонения, астрономы могут вычислить массы планет и параметры их орбит.

 

Планетная система PSR 1257+12

На сегодняшний день вокруг PSR 1257+12 подтверждено три планеты и предполагается существование четвертого объекта с очень малой массой. Вот их характеристики:

1. PSR 1257+12 A (Draugur)
   • Масса: около 0,02 массы Земли (примерно в 2 раза больше Луны).
   • Орбитальный период: 25,34 дня.
   • Большая полуось орбиты: около 0,19 астрономической единицы (а.е.).
   • Это самая внутренняя планета, очень легкая, вероятно, каменистая или металлическая.
2. PSR 1257+12 B (Poltergeist)
   • Масса: около 4,3 массы Земли.
   • Орбитальный период: 66,54 дня.
   • Большая полуось орбиты: 0,36 а.е.
   • Эта планета ближе к размеру и массе суперземель, хотя ее состав неизвестен.
3. PSR 1257+12 C (Phobetor)
   • Масса: около 3,9 массы Земли.
   • Орбитальный период: 98,21 дня.
   • Большая полуось орбиты: 0,46 а.е.
   • Похожа на планету B, но чуть легче и дальше от пульсара.
4. PSR 1257+12 D (возможный объект)
   • Масса: менее 0,0004 массы Земли (сравнимо с крупным астероидом).
   • Орбитальный период: около 3,5 лет.
   • Большая полуось орбиты: примерно 2,6 а.е.
   • Этот объект не подтвержден окончательно и может быть артефактом данных.

Планеты B и C находятся в орбитальном резонансе 3:2, что означает, что за три оборота внутренней планеты внешняя совершает два. Это стабилизирует их орбиты.

 

Происхождение системы

Происхождение планет вокруг PSR 1257+12 остается загадкой. Пульсары — это остатки сверхновых, а взрыв сверхновой обычно уничтожает или выбрасывает любые планеты, которые могли существовать вокруг звезды-прародителя. Существует несколько гипотез:

1. Вторичное формирование: После взрыва сверхновой вокруг пульсара мог остаться диск из обломков или захваченного вещества (например, от разрушенной звезды-компаньона). Из этого диска сформировались планеты второго поколения.
2. Захват: Планеты могли быть захвачены пульсаром из межзвездного пространства, хотя это менее вероятно из-за их упорядоченных орбит.
3. Остатки двойной системы: PSR 1257+12, вероятно, был частью двойной системы, где вторая звезда передала ему вещество, раскрутив до миллисекундного периода, а затем была разрушена, оставив материал для планет.

Скорее всего, эти планеты — не газовые гиганты, как Юпитер, а плотные, каменистые или металлические тела, сформированные в экстремальных условиях.

 

Условия на планетах

Жизнь, как мы ее понимаем, на этих планетах невозможна. Пульсары излучают мощное рентгеновское и гамма-излучение, а также заряженные частицы в виде пульсарного ветра. Это создает крайне враждебную среду: любая атмосфера или органические молекулы были бы уничтожены. Температура на планетах зависит от остаточного излучения пульсара и может быть очень низкой, так как пульсар уже не является активным источником тепла, как обычная звезда.

 

Значение открытия

Открытие планет у PSR 1257+12 стало революционным, потому что показало, что планетные системы могут существовать не только вокруг обычных звезд, подобных Солнцу, но и в экзотических условиях. Это расширило наше понимание формирования планет и дало толчок к поиску экзопланет другими методами, такими как транзитный метод и метод лучевых скоростей.

 

Современные исследования

Система PSR 1257+12 продолжает изучаться. Современные радиотелескопы, такие как FAST в Китае или будущий SKA (Square Kilometre Array), могут уточнить параметры планет и, возможно, обнаружить дополнительные объекты. Однако из-за удаленности и слабости сигнала исследования затруднены.