Martwa gwiazda przyłapana na rozdzieraniu układu planetarnego

Śmiertelne drgawki umierającej gwiazdy tak gwałtownie zakłóciły jej układ planetarny, że pozostawiona martwa gwiazda, zwana białym karłem, wysysa szczątki zarówno z wewnętrznego, jak i zewnętrznego obszaru układu. Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali białego karła, który “zjada” zarówno materiał skalno-metaliczny, jak i lodowy, składniki planet.

Dane archiwalne z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych obserwatoriów NASA były niezbędne do zdiagnozowania tego przypadku kosmicznego kanibalizmu. Odkrycia pomagają opisać gwałtowną naturę wyewoluowanych układów planetarnych i mogą poinformować astronomów o składzie nowo powstających układów.

Odkrycia opierają się na analizie materiału uchwyconego przez atmosferę pobliskiego białego karła G238-44. Biały karzeł jest tym, co pozostaje z gwiazdy takiej jak nasze Słońce po tym, jak zrzuci ona swoje zewnętrzne warstwy i przestanie spalać paliwo w wyniku syntezy jądrowej.

Nigdy nie widzieliśmy, aby oba tego rodzaju obiekty akumulowały się na białym karle w tym samym czasie. Badając te białe karły, mamy nadzieję lepiej zrozumieć układy planetarne, które wciąż są nienaruszone.powiedział Ted Johnson, główny badacz i niedawny absolwent licencjatu Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA).

Odkrycia są również intrygujące, ponieważ małe lodowe obiekty przypisuje się zderzeniu i „nawadnianiu” suchych, skalistych planet w naszym Układzie Słonecznym. Uważa się, że miliardy lat temu komety i asteroidy dostarczyły wodę na Ziemię, stwarzając warunki niezbędne do życia, jakie znamy. Skład ciał wykrytych padających deszczem na białego karła sugeruje, że lodowe zbiorniki mogą być powszechne wśród układów planetarnych, powiedział Johnson.

Życie, jakie znamy, wymaga skalistej planety pokrytej różnymi pierwiastkami, takimi jak węgiel, azot i tlen. Obfitość pierwiastków, które widzimy na tym białym karle, wydaje się wymagać zarówno skalistego, jak i bogatego w lotne ciała macierzystego – pierwszy przykład, jaki znaleźliśmy wśród badań setek białych karłów.powiedział Benjamin Zuckerman, profesor UCLA i współautor.

Derby rozbiórkowe

Teorie ewolucji układów planetarnych opisują przejście między fazami czerwonego olbrzyma i białego karła jako chaotyczny proces. Gwiazda szybko traci swoje zewnętrzne warstwy, a orbity jej planet dramatycznie się zmieniają. Małe obiekty, takie jak asteroidy i planety karłowate, mogą zapuszczać się zbyt blisko planet olbrzymów i spadać w kierunku gwiazdy. Badanie to potwierdza prawdziwą skalę tej gwałtownej fazy chaotycznej, pokazując, że w ciągu 100 milionów lat po rozpoczęciu fazy białego karła, gwiazda jest w stanie jednocześnie wychwytywać i konsumować materię ze swojego pasa asteroid i regionów podobnych do pasa Kuipera.

Szacowana całkowita masa ostatecznie pochłonięta przez białego karła w tym badaniu może być nie większa niż masa asteroidy lub małego księżyca. Chociaż obecność co najmniej dwóch obiektów, które pochłania biały karzeł, nie jest bezpośrednio mierzona, prawdopodobnie jeden jest bogaty w metale, jak asteroida, a drugi jest lodowym ciałem podobnym do tego, które znajduje się na obrzeżach naszego Układu Słonecznego w Pasie Kuipera .

Chociaż astronomowie skatalogowali ponad 5000 egzoplanet, jedyną planetą, na której mamy bezpośrednią wiedzę na temat jej wnętrza, jest Ziemia. Kanibalizm białego karła daje wyjątkową okazję do rozebrania planet na części i zobaczenia, z czego były zrobione, kiedy po raz pierwszy uformowały się wokół gwiazdy.

Zespół zmierzył między innymi obecność azotu, tlenu, magnezu, krzemu i żelaza. Wykrycie żelaza w bardzo dużej ilości jest dowodem na metaliczne rdzenie planet ziemskich, takich jak Ziemia, Wenus, Mars i Merkury. Niespodziewanie wysokie nasycenie azotem skłoniło ich do wniosku o obecności ciał lodowych.

Najlepiej pasowała do naszych danych mieszanka prawie dwa do jednego materiału podobnego do Merkurego i materiału podobnego do komety, który składa się z lodu i pyłu. Żelazo metal i lód azotowy sugerują szalenie różne warunki formowania się planet. Nie ma znanego obiektu Układu Słonecznego z tak dużą ilością obu.powiedział Johnson.

Śmierć Układu Planetarnego

Kiedy gwiazda taka jak nasze Słońce rozszerza się w nadętym czerwonym olbrzymu w późnym okresie swojego życia, traci masę, odpychając swoje zewnętrzne warstwy. Jedną z konsekwencji tego może być grawitacyjne rozpraszanie małych obiektów, takich jak asteroidy, komety i księżyce, przez pozostałe duże planety. Podobnie jak pinballe w grze zręcznościowej, ocalałe obiekty można rzucać na bardzo ekscentryczne orbity.

Po fazie czerwonego olbrzyma, biały karzeł, który pozostaje, jest zwarty – nie większy niż Ziemia. Krnąbrne planety w końcu zbliżają się do gwiazdy i doświadczają potężnych sił pływowych, które je rozrywają, tworząc gazowy i pyłowy dysk, który ostatecznie spada na powierzchnię białego karła.wyjaśnił Johnson.

Naukowcy przyglądają się ostatecznemu scenariuszowi ewolucji Słońca za 5 miliardów lat. Ziemia może zostać całkowicie wyparowana wraz z planetami wewnętrznymi. Jednak orbity wielu asteroid w głównym pasie planetoid zostaną zakłócone grawitacyjnie przez Jowisza i ostatecznie spadną na białego karła, którym stanie się pozostałe Słońce.

Przez ponad dwa lata grupa badawcza z UCLA, Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i Uniwersytetu w Kilonii w Niemczech pracowała nad rozwikłaniem tej tajemnicy, analizując pierwiastki wykryte na gwieździe białego karła skatalogowanej jako G238-44. Ich analiza obejmuje dane z emerytowanego odkrywcy spektroskopii dalekiego ultrafioletu NASA (FUSE), spektrometru Echelle o wysokiej rozdzielczości (HIRES) z Obserwatorium Kecka (HIRES) na Hawajach oraz spektrografu kosmicznego Kosmicznego Pochodzenia (COS) i spektrografu obrazowania Kosmicznego Teleskopu Kosmicznego (STIS).