Названы планеты, которые могут состоять из странной материи

Загадочная странная материя в экспериментах физиков распадается за доли секунды. Но некоторые астрономы считают, что в космосе из неё могут образоваться целые небесные тела. Теперь эксперты назвали несколько планет, которые могут состоять из таинственной субстанции, а проверить гипотезу помогут гравитационные волны.

"Подозреваемые" миры перечислены в научной статье, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org.

Напомним, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов, а те, в свою очередь, состоят из верхних (up) и нижних (down) кварков, кратко называемых u- и d-кварками. Однако в экспериментах физиков возникает и вещество, в котором наряду с u- и d-кварками встречаются и странные (strange) кварки, или s-кварки. Такая материя называется странной.

В земных лабораториях подобное вещество распадается за доли секунды. Но в экстремальных условиях некоторых астрофизических объектов странная материя может оказаться стабильной. Так, некоторые эксперты полагают, что из неё состоят недра нейтронных звёзд.

Группа во главе с Ханом Гуном (Hang Gong) из Национальной астрономической обсерватории Китая предположила, что из подобного вещества могут быть сформированы и планеты. Но как их найти?

Отличительная черта странной материи – её крайне высокая плотность. Плотность планеты можно вычислить, зная её массу и объём. К сожалению, измерить обе эти величины одновременно и с высокой точностью удаётся довольно редко.

Но есть и иной путь. Сама природа накладывает ограничения на плотность, которую может иметь планета, находящаяся на той или иной орбите. Существуют экстремальные траектории, на которых недостаточно плотный мир будет разорван приливными силами.

Планета, состоящая из обычного вещества, едва ли будет иметь плотность выше 30 граммов на кубический сантиметр (к слову, средняя плотность Земли почти вшестеро меньше). Как вычислили авторы, для такого небесного тела "смертельной" является любая орбита радиусом менее 50 тысяч километров или же с периодом обращения менее 1,7 часа.

Странная материя имеет куда большую плотность и поэтому более устойчива к приливному разрушению. Поэтому, заключили авторы, планета на такой экстремальной орбите должна состоять из странной материи.

В поисках подобных миров авторы обратились к системам экстремальных объектов – нейтронных звёзд, а именно радиопульсаров, о которых "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно писали. Ещё одной мишенью стали белые карлики.

Среди планет, открытых на данный момент у пульсаров, исследователи насчитали 19 кандидатов в странные объекты. 11 из них они отнесли к первоочередным, или "золотым" (это термин авторов). Ещё три стали "серебряными" и остальные пять – "бронзовыми".

Из 11 самых перспективных тел четыре (XTE J1807-294 b, XTE J1751-305 b, PSR 0636 b, PSR J1807-2459A b) имеют период обращения меньше критической отметки в 1,7 часа. Ещё два (PSR J1719+14 b и PSR J2051-0827 b) лишь немного недотягивают до этого рубежа.

Авторы отмечают, что пять тел, обращающихся вокруг белых карликов (GP Com b, V396 Hya b, J1433 b, WD 0137-349 b и SDSS J1411+2009 b), имеют период обращения меньше 0,1 земных суток и также могут состоять из странной материи. (Более общепринятые гипотезы говорят, что первые два из этих объектов сами являются белыми карликами, а остальные три – коричневыми карликами).

Но можно ли получить прямое подтверждение того, что планеты состоят именно из странного вещества? Да, говорят авторы, если на помощь придут гравитационные волны.

Напомним, что любое массивное тело, движущееся с ускорением, испускает такое излучение. На это тратится энергия, и в результате планета всё больше приближается к своему солнцу. Из-за этого она начинает обращаться вокруг него быстрее. В результате её ускорение растёт, и гравитационное излучение становится более мощным. На него тратится ещё больше энергии, планета снова приближается к центральному объекту, и так далее. Всё заканчивается падением экзопланеты на собственную звезду.

Правда, для обычных планет и звёзд этот эффект очень незначителен. Так, планеты Солнечной системы не успеют за счёт этого явления заметно приблизиться к светилу, прежде чем оно погаснет.

Но тела из странной материи благодаря своей высокой плотности должны иметь очень большую массу. Кроме того, обращаясь вокруг центрального объекта за часы и минуты, они испытывают огромное ускорение. Поэтому для них гравитационное излучение является важным фактором, определяющим будущее системы.

Как вычислили авторы, для трёх из перечисленных систем гравитационное излучение уже сейчас должно иметь мощность и частоту, доступные для будущего космического детектора LISA.

Однако запуск "Лизы" ожидается не ранее 2034 года. Есть ли шанс подтвердить гипотезу о странных планетах, не тратя на ожидание 15 лет?

И снова на помощь могут прийти гравитационные волны. Но на сей раз речь идёт об излучении, которое испускается в момент неизбежного столкновения странной планеты с её солнцем.

Именно излучение похожих столкновений фиксируют действующие детекторы LIGO и VIRGO. Но до сих пор они регистрировали лишь столкновения чёрных дыр и нейтронных звёзд. (Напомним, что пара чёрных дыр, нейтронных звёзд или дуэт из чёрной дыры и нейтронной звезды также может образовать двойную систему, которая рано или поздно погибнет описанным выше образом. Именно следы таких катаклизмов и фиксируют действующие инструменты).

Как рассчитали исследователи, LIGO вполне хватит чувствительности, чтобы "увидеть" столкновение странной планеты с нейтронной звездой. Ещё лучше с этой задачей справится новый детектор "Телескоп Эйнштейна" (Einstein Telescope), пока находящийся в разработке. Правда, в рассмотренных авторами планетных системах таких катаклизмов в обозримое время не ожидается, но они вполне могут происходить прямо сейчас где-то в другой точке Вселенной.