Пульсарна планета — планета, що обертається навколо пульсара. Перші такі планети відкрили 1992 року навколо мілісекундного пульсара, і вони стали першими підтвердженими екзопланетами. Пульсари випромінюють надзвичайно регулярні радіоімпульси, і навіть невеликі планети здатні спричиняти помітні зміни в моментах їхнього надходження. Пульсарна планета Драугр з масою 0,02 M🜨 є однією з найменш масивних відомих екзопланет.
Пульсарних планет відомо вкрай мало — в Архіві екзопланет НАСА перелічено лише кілька подібних об'єктів. Виникнення супутників планетарних розмірів навколо пульсарів можливе лише за спеціальних умов, і вважають, що багато з них мають екзотичну природу, наприклад можуть складатися з алмазу, утворюючись унаслідок часткового руйнування однієї з зір у подвійній системі. Інтенсивне випромінювання та потоки електронно-позитронних пар, імовірно, здувають атмосферу з таких планет, що робить їх малоймовірним місцем існування життя.
Формування
Існує кілька процесів, які можуть призвести до утворення планетних систем:
«Планети першого покоління» — це планети, які оберталися навколо зорі до її вибуху як наднової та перетворення на пульсар. Біля масивних зір, як правило, не виявляють планет — можливо, через труднощі у спостереженні планет біля дуже яскравих зір, але також і через те, що випромінювання таких зір знищує протопланетні диски. Планети, що перебувають на відстані приблизно до чотирьох астрономічних одиниць, ризикують бути поглинутими та знищеними, коли зоря стає червоним гігантом чи червоним надгігантом. Під час вибуху наднової система втрачає приблизно половину своєї маси, і планета, ймовірно, полишає систему, якщо тільки пульсар у момент вибуху не набуде швидкості у напрямку руху планети. Ймовірно, жодна з відомих пульсарних планет не утворилася цим шляхом. «Планети другого покоління» формуються з матеріалу, що повертається на пульсар після вибуху наднової. Теоретично цей матеріал може досягати маси, порівнянної з протопланетним диском, але, найімовірніше, він розсіюється занадто швидко, щоб дозволити формування планет. Не відомо планет біля молодих пульсарів. «Планети третього покоління». Зоря-компаньйон руйнується внаслідок взаємодії з пульсаром, утворюючи диск малої маси. Пульсар може випромінювати енергію, яка розігріває зорю-компаньйон доти, доки та не переповнить свою порожнину Роша й не буде зруйнована. Інший механізм — випромінювання гравітаційних хвиль, яке звужує орбіту, доки зоря-компаньйон (часто білий карлик) не зруйнується. Ще один механізм — коли пульсар занурюється в оболонку масивнішої зорі, спричиняючи її руйнування й утворення диска навколо пульсара. Диски, утворені цими шляхами, значно масивніші за ті, що виникають унаслідок повернення викинутого пульсаром матеріалу, і тому існують достатньо довго, щоб у них встигло пройти планетоутворення. Вони також містять важкі елементи, необхідні для побудови планет. Частина диска поглинається пульсаром, пришвидшуючи його обертання. Альтернативно, легкий білий карлик може бути зруйнований взаємодією з масивнішим; тоді легкий білий карлик дає початок диску, з якого формується планета, а масивніший перетворюється на пульсар. Зоря-компаньйон може бути зруйнована під час взаємодії з пульсаром, залишивши уламок розміром із планету; таку систему називають «чорною вдовою», хоча її й не завжди вважають різновидом пульсарної планети. Нарешті, можливо, що пульсар захоплює планети від зорі-компаньйона чи міжзоряні планети, або що пульсар зливається із зорею, яка мала планетну систему. У разі злиття пульсара з зорею формується «спільна оболонка», яка зрештою руйнується, утворюючи диск, з якого також можуть формуватися планети.
Сценарії формування визначають склад планет: планета, утворена з уламків наднової, імовірно, буде багатою на метали та радіоактивні ізотопи і може містити багато води; утворена внаслідок руйнування білого карлика буде багатою на вуглець і складатиметься переважно з алмазів; уламок білого карлика буде надзвичайно щільним. Найпоширенішим типом планет навколо пульсарів вважають так звані «алмазні планети», утворені з білих карликів. Також біля пульсарів можуть існувати астеро́їди та комети. Серед більш спекулятивних сценаріїв — планети з дивної матерії, які можуть існувати значно ближче до пульсарів, ніж звичайні планети, й потенційно випромінювати гравітаційні хвилі.
Планети можуть взаємодіяти з магнітним полем пульсара, утворюючи так звані «альвенівські крила» — крилоподібні електричні струми навколо планети, які підживлюють її енергією і здатні породжувати радіовипромінювання, яке можна зафіксувати.
Спостережуваність
Пульсари випромінюють надзвичайно регулярні радіоімпульси. Завдяки цьому за змінами в часі прибуття сигналів можна виявляти дуже малі об'єкти навколо пульсарів — аж до розмірів великих астероїдів. Для цього потрібно коригувати час надходження сигналів з урахуванням руху Землі та Сонячної системи, похибок у визначенні положення пульсара та часу проходження випромінювання через міжзоряне середовище. З часом пульсари уповільнюють своє обертання у добре передбачуваний спосіб. Планети спричиняють доплерівський зсув у частотах сигналів від пульсара, трохи змінюючи періодичність їх прибуття. Теоретично цей метод можна використати навіть для пошуку екзосупутників навколо пульсарних планет. Втім збої частоти обертання пульсарів (глітчі) та зміни режиму пульсацій можуть імітувати наявність планет, що накладає обмеження на спостережуваність пульсарних планет.
Перші екзопланети відкрили 1992 року Дейл Фрейл та Александер Вольщан — це були пульсарні планети навколо PSR B1257+12. Це відкриття вперше довело можливість виявлення екзопланет і призвело до висновку, що екзопланети можуть бути досить поширеними. Станом на 2016 найлегшою відомою екзопланетою є пульсарна планета (PSR B1257+12 A, або Драугр з масою лише 0,02M🜨).
Однак розміри й особливі спектроскопічні характеристики роблять безпосереднє спостереження таких планет украй складним. Один з можливих методів отримати зображення планети — зафіксувати її транзит перед зорею; у випадку пульсарних планет ймовірність такого транзиту дуже низька через малі розміри пульсарів. Спектроскопічний аналіз планет утруднений складністю спектрів пульсарів. Взаємодію між магнітним полем планети, пульсара та тепловим випромінюванням планети розглядають як більш перспективний шлях отримання інформації про такі об'єкти.
Пульсарні планети також розглядали як можливе пояснення деяких астрономічних явищ, зокрема рентгенівських спалахів від джерел м'яких повторюваних гамма-спалахів.
Поширеність
відомо лише приблизно пів десятка пульсарних планет, що відповідає частоті не більш ніж одна планетна система на 200 пульсарів, хоча відмінності у визначенні поняття «планета» призводять до того, що різні дослідження повідомляють про різну кількість таких об'єктів. Цю рідкісність підтверджують результати великомасштабних пошуків планет біля пульсарів. Більшість сценаріїв формування вимагають, щоб попередником була подвійна зоря з великою різницею мас між компонентами, і щоб подвійна система на розпалася у вибуху наднової, який породив пульсар. Обидві ці умови трапляються рідко, тому виникнення пульсарних планет — надзвичайно рідкісний процес. Крім того, планети та їхні орбіти мають витримати вплив потужного випромінювання пульсарів, зокрема рентгенівського, гамма-випромінювання та потоку заряджених частинок («пульсарного вітру»). Це особливо важливо для мілісекундних пульсарів, які розкручуються акрецією в рентгенівських подвійних системах; випромінювання в таких умовах випаровує будь-які планети. Пульсари залишаються помітними лише кілька мільйонів років, тобто менше, ніж потрібно для формування планети, що також обмежує ймовірність спостереження планет.
З огляду на відому частоту пульсарних планет, у Чумацькому Шляху їх може бути до 10 мільйонів. Усі відомі пульсарні планети виявлені навколо мілісекундних пульсарів, тобто старих пульсарів, розкручених акрецією речовини від компаньйона. рік не відомо жодної планети біля молодих пульсарів; вони менш регулярні, ніж мілісекундні, що збільшує похибки вимірювання часу приходу сигналів і ускладнює виявлення планет.
+ Параметри відомих пульсарних планетних систем Планета Маса Велика піввісь(а. о.) Орбітальний період(дні) Ексцентриситет Нахил Радіус M62H b >2,47 MJ 0,132935 ~ ~ <0,653 RJ PSR B1257+12 b 0,02 M⊕ (6,3 × 10−5 MJ) 0,19 25,262 0 ~ ~ PSR B1257+12 c 4,3 M⊕ (0,0135 MJ) 0,36 66,5419 0,0186 ~ ~ 3,9 M⊕ (0,0123 MJ) 0,46 98,2114 0,03 ~ ~ PSR B1620-26 b 2,5 MJ 23 34,675 ~ ~ 1,18 RJ PSR J1719-1438 b 1,2 MJ 0,0044 0,090706293 0,06 ~ 0,4 RJ 0,7949 MJ 0,0102 0,322963997 0,0017 ~ 1,24 RJ PSR J1748−2021H b 7,54 MJ 0,0111 0,360787526 ~ ~ ~ PSR J0636+5129 b 8,5 MJ 0,0036 0,0665513392 ~ 60 0,74 RJ PSR J1807−2459 A b 10,5 MJ ~ 0,07 ~ ~ ~ PSR B1802−07 b 10 MJ 0,008098 0,071092 0,0000003 ~ ~ PSR J1211−0633 b 10 MJ 0,0116 0,38634962 ~ ~ ~ PSR J0312−0921 b 10,47 MJ 0,00465 0,0975 ~ ~ ~ PSR J1824−2452G b 11 MJ 0,004875 0,1046 0,0000003 ~ ~ PSR J1928+1245 b 11 MJ 0,005825 0,1366347269 ~ ~ ~ PSR J1824−2452M b 11 MJ 0,00854 0,242519219 ~ ~ ~ PSR J1630+3550 b 11,3 MJ ~ 0,315863166 0,00042 ~ ~ PSR J2241−5236 b 12 MJ ~ 0,1456722395 ~ ~ ~ PSR J1311−3430 b 12 MJ ~ 0,065115 ~ ~ ~
M62H M62H — мілісекундний пульсар, розташований у сузір'ї Змієносець. Він знаходиться в кулястому скупченні Мессьє 62, на відстані 5600 пк від Землі. Пульсар був відкритий у 2024 році за допомогою радіотелескопа MeerKAT. M62H має період обертання 3,70 мілісекунди, тобто здійснює 270 обертів на секунду (270 Гц). Планета на орбіті навколо нього має мінімальну масу 2,5 MJ та середню масу 2,83 MJ, якщо припустити масу пульсара . Мінімальна густина планети становить 11 г/см. Для середньої маси це відповідає максимальному радіусу 48850 км. Планета робить оберт всього за , перебуваючи на відстані 0,0049 астрономічної одиниці від M62H.
PSR B1257+12 PSR B1257+12, що розташований за пк у сузір'ї Діви, у 1992 році був підтверджений як пульсар із планетами на основі спостережень, здійснених за допомогою обсерваторії Аресібо. Система складається з однієї крихітної планети масою M⊕ та двох суперземель з масами і M⊕, якщо припустити, що пульсар має масу 1,4 . Найімовірніше, вони утворилися з протопланетного диска, який виник унаслідок часткового руйнування зорі-компаньйона. Комп'ютерне моделювання показало, що система має бути стабільною щонайменше мільярд років, і що в ній можуть існувати екзосупутники. Система нагадує внутрішню Сонячну систему; планети обертаються на відстанях, порівнянних з орбітою Меркурія навколо Сонця, і можуть мати подібні температури поверхні. Повідомлення про інші тіла в цій системі, ймовірно, пояснюються сонячними збуреннями.
PSR J1719−1438 Хтонічна планета з масою, порівнянною з Юпітером, але з радіусом менше 40 %, обертається навколо пульсара . Ця планета, ймовірно, є вуглецевим залишком зорі-компаньйона, випаруваної випромінюванням пульсара, і була описана як «алмазна планета».
PSR B1620−26 Планета в подвійній системі масою MJ обертається навколо PSR B1620-26, подвійної зорі, що складається з пульсара та білого карлика, у кулястому скупченні M4. Ця планета могла бути захоплена пульсаром, що особливо ймовірно в умовах щільного середовища кулястого скупчення, і може мати вік близько 12,6 млрд років, що робить її найстарішою відомою планетою. Її існування може свідчити, що планети здатні формуватися у збідненому металами середовищі, зокрема й у кулястих скупченнях.
PSR J2322−2650 Ймовірно, у PSR J2322−2650 є компаньйон масою приблизно з Юпітер. Випромінювання пульсара може нагрівати його до близько ; джерело світла, яке спостерігається поруч із пульсаром, може бути саме цією планетою. Цей пульсар значно менш яскравий за багато інших, що може пояснювати, чому планета збереглася донині. Спостереження за допомогою приладу NIRSpec телескопа «Джеймс Вебб» виявили атмосферу, із сильними західними вітрами, багату на молекулярний вуглець (C3, C2).
Залишкові диски й попередники