Казалось бы, излучение: на меня тоже светят лампочки, свет мешает глазам, становится немного жарко. Разница в том, что в случае звезд излучение долгое. Все понимают разницу: полежать минуту под июльским солнышком или полежать пару часов. Планеты находятся под излучением красных гигантов в течение десятков миллионов лет. За это время свет, обладая относительно небольшой энергией, передавая маленькие импульсы, может сильно повлиять на эти тела.
Выделяют несколько эффектов влияния красных гигантов. Самый первый — давление излучения. Свет оказывает давление. Более века назад русский физик Петр Лебедев продемонстрировал это в опытах. Свет сдувает легкие частицы, поэтому у комет отрастают красивые хвосты, направленные от Солнца. Давление света важно, когда мы говорим о совсем мелких частицах: если масса пылинки начинает расти, то со временем давление оказывается менее существенным, давление света противодействует гравитации. Гравитация пропорциональна массе, то есть кубу размера тела, а давление света пропорционально площади, квадрату размера тела. Когда размер тела растет, гравитация начинает выигрывать. Для тяжелых частиц давление света уже не так важно.
Симметричное излучение звезды может заставить пылинки падать на звезду. Пылинка вращается вокруг звезды по строго круговой орбите, свет идет от звезды строго перпендикулярно этой орбите и светит пылинке всегда в бок. Пылинка двигается, поэтому из-за эффекта аберрации свет немного набегает спереди. Представьте, что вы стоите под зонтом, идет дождь перпендикулярно земле, как в мультфильме. Когда вы пошли или побежали, вам будет казаться, что дождь на зонт налетает спереди, потому что вы бежите сквозь стену дождя. Точно также пылинка летит через стену света, и он тормозит пылинку. Это существенный эффект для мелких объектов: если мы распределим много мелкого мусора вокруг звезды, то звезда своим светом заставит его упасть на звезду. Чем больше звезда излучает, тем заметнее эффект, и поэтому он важен для красных гигантов.
Существует также эффект Ярковского. Если есть не слишком крупное или мелкое тело, то оно за счет излучения звезды может приближаться к ней и удаляться от нее. У красных гигантов эффект очень заметный, потому что много излучения и высокая светимость. Представим себе объект размером начиная с нескольких метров. С одной стороны светим на него звездой, и эта сторона нагревается. Если объект маленький, то он прогреется весь, и его температура везде будет одинаковая. Начиная с размера в несколько метров заметно, что одна сторона будет теплее. Объект нагрелся, и он начинает сам испускать инфракрасное излучение, нагретая сторона испускает больше этого излучения. У нашего объекта появился слабый фотонный двигатель, который светит во все стороны, но не во все одинаково. Более прогретая сторона будет разгонять объект в противоположную сторону.
Вспомним, что в космосе все вращается, как и наш камень. Если по ходу движения вращение происходит в ту же сторону, то есть горячая часть остается сзади, то фотонный двигатель будет разгонять наш объект, что будет означать переход на более высокую орбиту, удаление от центрального тела. Если вращение происходит в противоположную сторону, то ситуация будет обратная: объект будет тормозиться и приближаться к звезде, энергия будет уменьшаться.
Эффект Ярковского вроде бы маленький. Но важно, что за десятки миллионов, если мы говорим об окрестностях красных гигантов, где много излучения, орбиты этих легких тел могут сильно меняться. Для астероидов в Солнечной системе эффект измерен, и нет никакого сомнения, что в случае красных гигантов эффект будет еще значительнее.
Кроме излучения от звезды дует звездный ветер, в случае красных гигантов он достаточно мощный. Он тоже будет воздействовать на тело: нагревать и испарять. Достаточно легкие тела, находящиеся вблизи красного гиганта, или звезды асимптотической ветви гигантов могут целиком испариться из-за воздействия звездного ветра.
Есть еще более красивый эффект — YORP-эффект. YORP — это аббревиатура четырех фамилий: Ярковского, О’Кифа, Радзиевского, Пэддэка. Свет нагревает наше тело, оно прогревается неоднородно, отражает свет неоднородно. Свет можно уподобить ветру. Существуют детские игрушки-вертушки, мельницы, которые устроены таким образом, что, откуда бы ветер ни дул, у вас винт будет вращаться в определенную сторону. Специально проектируют для этого мельницы, а астероиды просто имеют причудливую форму. Она может оказаться подходящей для этого эффекта, и из-за воздействия излучения тело начнет раскручиваться. Если его ориентация не меняется, то раскрутка будет идти в одну сторону до предельного периода. Если взять любой объект и начать очень быстро крутить, то со временем все разлетится в разные стороны. Это верно для комет и астероидов, предельный период вращения которых составляет 2–3 часа. За время жизни красного гиганта или звезды асимптотической ветви гигантов достаточно близкий объект может быть раскручен до такой скорости, что его начнет разрывать. Наверное, это самый необычный эффект поведения легких тел в окрестности красного гиганта.
В конце концов стадия красного гиганта заканчивается, и какие-то объекты выживают. Образовался белый карлик, вокруг которого остались планеты, астероиды и какие-то тела. Что будет происходить с ними? Когда звезда теряет массу, планеты и астероиды переходят на более высокие орбиты, они могут попасть в зону неустойчивости. Когда планетная система сформировалась, планеты выстроились так, что их орбиты устойчивы. Потеряв устойчивость, планеты будут менять свои орбиты, менять эксцентриситеты своих орбит, и некоторые из них могут перейти на орбиты, близкие к белому карлику.
Перестройка орбит может привести к тому, что окрестности опять заполняются веществом, и оно начинает выпадать на белые карлики. Этот процесс был открыт больше ста лет назад. Если вы нальете в стакан несколько жидкостей разной плотности, то гравитация разделит эти жидкости, и образуется два слоя. На белом карлике гравитация очень сильная, и вещество быстро разбивается на слои: легкое сверху, тяжелое снизу. В атмосфере белого карлика существуют почти все элементы таблицы Менделеева — от водорода до железа. В норме сверху будет водород, а дальше более тяжелые элементы.
В некоторых случаях мы видим в атмосфере белого карлика тяжелые элементы: изучая спектры, астрономы могут идентифицировать линии кальция. Откуда на белом карлике кальций? Тяжелые элементы нужно туда доставлять довольно быстро, потому что за короткий срок тяжелые элементы уйдут вглубь атмосферы, мы не будем наблюдать их присутствие в спектре. Поэтому люди достаточно давно поняли, что на белые карлики непрерывно выпадает вещество из их окрестностей. Типичное количество вещества, которое необходимо, — это масса астероида. Скорее всего, астероид был разорван приливными силами и постепенно высыпается на поверхность белого карлика, поэтому в течение долгого времени мы можем наблюдать тяжелые элементы в его атмосфере.
Несколько лет назад удалось впервые увидеть этот процесс. Благодаря наблюдениям переменности белого карлика были обнаружены странные падения блеска. Мы знаем, что у звезд происходят небольшие падения блеска из-за транзитов планет: темная планета проходит на фоне яркого диска звезды, и мы видим, что блеск звезды падает. Если бы это была планета, падение блеска было бы симметричным и относительно коротким. В наблюдаемом случае падение блеска длится долго, несимметрично, и форма изменения кривой блеска меняется со временем. Анализ показал, что мы имеем пылевой шлейф, который вращается вокруг белого карлика. Это означает, что относительно недавно приливными силами было разорвано тело на орбите и теперь вещество выпадает на белый карлик. В данном случае мы сразу видим тяжелые элементы в спектре этой звезды и вращающееся вещество на орбите вокруг белого карлика. Это разрушение доказывает, что у белых карликов действительно есть свои планетные системы. Таким образом, зоопарк экзопланет охватывает фактически все имеющиеся типы звезд: звезды вроде Солнца, красные гиганты, легкие звезды и даже белые карлики.
