Две звезды лучше влияют на луны, чем одна

В прошлом году международная группа астрономов аргументированно показала, что системы близких друг к другу двойных звёзд являются более спокойным местом для возникновения и развития жизни, чем системы звёзд-одиночек типа Солнца. Но тогда речь шла только планетах, в то время как для лун у этих планет ситуация может быть ещё более чувствительной к количеству светил в системе.

«Две звезды «успокаивают» друг друга в смысле активности», — поясняет Пол Мэйсон (Paul Mason) из Техасского университета в Эль-Пасо (США). Ситуация со «спокойствием» в значительной степени определятся скоростью вращения светила. Чем она выше — тем больше пятен, доля излучения, испускаемого в виде ультрафиолета, и магнитная активность. Разумеется, молодым звёздам всё это свойственно сильнее, чем пожилым. Однако со временем благодаря звёздному ветру и потере массы (а с ней — и углового момента) бешеное вращение замедляется, и светило становится «мягче» по отношению к своим планетам.

Но иногда бывает слишком поздно: так, ранее работа г-на Мэйсона и группы соавторов указала, что сильный ультрафиолет молодого Солнца лишил Венеру воды и истончил не прикрытую мощным магнитным полем атмосферу Марса до уровня, который в сто раз меньше земного.

В то же время в двойных системах, где звёзды настолько близки друг к другу, что планеты и их спутники вращаются вокруг звёздной пары, а не одной из звёзд, приливные силы серьёзно успокаивают каждое из молодых светил, не давая им слишком сильно поливать молодые планеты ультрафиолетом, расщепляющим водяной пар, и устраивать мощные вспышки.

Особенно интересно это для небольших планет и, конечно, экзолун — тел, чья гравитация в шесть-семь раз меньше земной. В нашей системе такие тела представлены, например, Титаном, плотная атмосфера которого скорее подходит планете, и объектами вроде Европы и Ганимеда. Увы, чем ближе планета, у которой вращаются столь массивные спутники к своему светилу, тем меньше «места» на её орбите и тем большее влияние гравитация звезды оказывает на систему её лун, дестабилизируя траектории спутников. И, грубо говоря, если бы Юпитер находился на орбите Меркурия он технически не смог бы поддерживать столько крупных лун, сколько окружает его сегодня: Солнце могло бы устроить не аллегорическое, а реальное похищение Европы.

Именно поэтому долгое время бытовала такая точка зрения: обитаемые экзолуны у самых массовых звёзд Вселенной просто невозможны. Ведь основная часть популяции светил — это красные карлики, зона обитаемости которых очень близка к самой звезде, близка настолько, что обитаемая планета там часто испытывает приливной захват, то есть всё время развернута к карлику одной стороной. Крупные же экзолуны, способные поддерживать жизнь, в таких условиях будут постоянно находиться под угрозой «отторжения» гравитацией центрального тела системы. Шансы на устойчивое место «под солнцем» получат лишь те из них, что будут ближе всего к своим планетам.

Однако исследования других астрономов ранее показали, что чем ближе спутник к планете-гиганту, тем сильнее тепловое воздействие последнего. Это относится не только к свету звезды, отражаемому гигантом и падающему на ночную сторону спутника, но и к приливному разогреву недр луны. При прочих равных интенсивность такого разогрева пропорциональна квадрату расстояния до планеты-хозяина. Поэтому слишком близкие спутники неизбежно будут перегреты приливным воздействием и слишком рано потеряют водяной пар и существенную часть атмосферы.

А вот если на месте красного карлика окажется пара таких тел, вращающихся вокруг общего центра масс за период от 10 до 60 дней, всё может преобразиться. Пара даст почти вдвое больше инсоляции, чем единица, и зона обитаемости существенно отодвинется от центра системы к краям — настолько, что количество динамически устойчивых орбит — этаких посадочных мест для крупных спутников вокруг планет в зоне обитаемости — резко увеличится. Что особенно важно, «появятся места» подальше от гравитации планеты-гиганта, где приливной разогрев не будет угрожать экзолунам быстрой потерей лёгких газов и жизнепригодности.

Другим чрезвычайно важным фактором является то, что именно среди молодых красных карликов часто встречаются звёзды, склонные к сильнейшим вспышкам, когда и ультрафиолет, и магнитная активность вроде бы тусклой звезды временно повышаются до уровня, который способен чуть ли не стерилизовать сушу обитаемой планеты и сильно ударить по количеству водяных паров в её атмосфере. Двойные звёзды в основной своей массе не склонны к таким частым и сильным вспышкам даже в молодости: они, как Земля с Луной в последние 4 млрд лет, будут тормозить вращение друг друга.

Ещё лучше перспективы у тех тесных двойных звёзд, компоненты которых являются оранжевыми или даже жёлтыми карликами типа Солнца: тогда зона обитаемости лежит дальше, чем в Солнечной системе, и планеты-гиганты смогут поддерживать в таких местах одновременно несколько крупных спутников, как это происходит сегодня в системах Юпитера и Сатурна. В этом случае в зоне обитаемости одной системы могут оказаться не одна-две планеты, а те же планеты плюс несколько крупных экзолун — существенно больше, чем в типичной системе с парой красных карликов.

Увы, то, что хорошо для гипотетической внеземной жизни может оказаться настоящим проклятьем для астрономов, которые возьмутся за поиск экзолун в зоне обитаемости двойных систем, подчёркивает Дэвид Киппинг (David Kipping) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США).

Дело в том, что сейчас экзолуны ищутся практически так же, как и планеты, и чем ближе к звезде объекты такого рода, тем выше шансы на то, что их удастся заметить в данных «Кеплера» или другого телескопа. Однако, как уже сказано, двойные системы будут иметь зону обитаемости, располагающуюся дальше от светила, а значит, и найти там зкзолуны будет сложнее.

Ещё хуже, если такую луну будут искать не транзитным методом («Кеплер»), а методом лучевых скоростей, то есть по тому влиянию, которое тело оказывает на центральную пару звёзд. И не только потому, что экзолуны маломассивны и, следовательно, их влияние на вращение крупных светил будет минимально. Просто чем больше экзолун будет находиться вокруг звезды, тем более сложное и часто взаимоподавляющее влияние на звёзды системы будут наблюдать астрономы: шумы могут сделать сигнал неразличимым.

Более того, самые «простые» объекты, у которых легче всего было бы искать экзоспутники в зоне обитаемости, кажется, вовсе не так распространены, как этого бы хотелось. Среди отобранных исследовательской группой г-на Киппинга 250 кандидатов в экзолуны поблизости от крупных планет очень мало Юпитеров и «суперюпитеров». Между тем ранее именно на них возлагалась основная надежда в этом деле. Чем крупнее планета, тем крупнее её спутники, что в случае «суперюпитеров» (тел до десятка раз массивнее нашего Юпитера) позволяло уповать на спутники массой с Землю, определённо пригодные для поддержания стабильной биосферы. Чтобы нам стали понятны масштабы таких «спутников», заметим, что крутящийся у Юпитера Ганимед — чемпион-тяжеловес Солнечной, вдвое превосходящий Луну, — в сорок раз легче Земли.

К сожалению, подчёркивает Дэвид Киппинг, данные «Кеплера» показывают, что «юпитеры» на самом деле довольно редки, а «суперюпитеры» и того реже. И это означает не только то, что спутники массой с нашу планету могут быть экзотикой, но и то, что найти экзолуны в других системах будет ещё тяжелее, чем казалось.

Чем крупнее планета-хозяин, тем проще по колебаниям её наблюдаемых параметров найти у неё экзолуну. Но поскольку большинство реально наблюдаемых планет слегка легче Нептуна, то отследить около них луны будет существенно тяжелее.

Несмотря на то что это делает задачу таких поисков очень трудной, вместе с тем дефицит «тяжеловесов» означает, что охотники за экзоспутниками помогут найти ответ на один очень важный вопрос.

Как известно, у Земли есть Луна, но астрономам пока трудно сказать, было ли её формирование (предположительно, в результате столкновения Земли с другой планетой) случайным событием или закономерностью. Кто знает, быть может, столкновения планет в молодых системах и обычное дело, но чтобы точно убедиться в этом, нужны наблюдения. Если группы, подобные киппинговской, смогут найти у небольших планет — скажем, «суперземель» — много «непропорционально больших» спутников вроде той же Луны, это будет с существенной долей вероятности означать, что сценарий планетарного столкновения довольно распространён в космосе, и формирование крупных спутников возможно и вне окрестностей планет-гигантов.

«Если природа с достаточной частотой производит большие луны — размером с Землю — по всему космосу, тогда они уже есть в данных «Кеплера», — полагает Дэвид Киппинг. — Они прячутся там, и мы найдём их за год-два». В то же время, если они по размерам соответствуют лунам Нептуна и Урана (где, кроме Тритона, крупных тел, по сути, нет), ситуация может быть куда менее оптимистичной.

И всё же, если луны крупных размеров существуют, Пол Мэйсон уверен, что самые жизнепригодные из них будут найдены именно в системах тесных двойных звёзд: «Экзолуны в двойных системах могут быть более подходящими для жизни, чем около одиночных звёзд».

Отчёт об исследовании был представлен на 223-й встрече Американского астрономического общества.

Подготовлено по материалам Astrobiology Magazine.