Forskning afslører en enorm planet, der hurtigt kredser om en lillebitte, døende stjerne

Takket være et væld af teleskoper i rummet og på Jorden – og endda et par amatørastronomer i Arizona – har en University of Wisconsin-Madison-astronom og hans kolleger opdaget en planet på størrelse med Jupiter, der kredser med en voldsom hastighed omkring en fjern hvid dværgstjerne. Systemet, omkring 80 lysår væk, overtræder alle gængse konventioner om stjerner og planeter. Den hvide dværg er en rest af en sollignende stjerne, stærkt krympet ned til nogenlunde på størrelse med Jorden, alligevel bevarer den halvdelen af ​​solens masse. Den massive planet rager over sin lille stjerne, som den kredser hver 34. time takket være en utrolig tæt bane. I modsætning, Merkur tager forholdsvis sløve 90 dage om at kredse om solen. Mens der tidligere har været antydninger af store planeter, der har kredset tæt på hvide dværge, de nye resultater er det klareste bevis endnu på, at disse bizarre parringer eksisterer. Denne bekræftelse fremhæver de forskellige måder stjernesystemer kan udvikle sig på og kan give et indblik i vores eget solsystems skæbne. Et sådant hvidt dværgsystem kunne endda give et sjældent beboeligt arrangement for liv til at opstå i lyset af en døende stjerne.

"Vi har aldrig før set beviser på, at en planet kommer så tæt på en hvid dværg og overlever. Det er en behagelig overraskelse, " siger ledende forsker Andrew Vanderburg, som for nylig sluttede sig til UW-Madisons astronomiafdeling som adjunkt. Vanderburg fuldførte arbejdet, mens han var en uafhængig NASA Sagan Fellow ved University of Texas i Austin.

Forskerne offentliggjorde deres resultater 16. september i tidsskriftet Natur . Vanderburg førte en stor, internationalt samarbejde mellem astronomer, der analyserede dataene. De medvirkende teleskoper omfattede NASAs exoplanetjagtteleskop TESS og to store jordbaserede teleskoper på De Kanariske Øer.

Vanderburg var oprindeligt tiltrukket af at studere hvide dværge - resterne af solstore stjerner, efter at de ved et uheld opbrugte deres atombrændstof - og deres planeter. Mens man gik på efterskole, han gennemgik data fra TESS's forgænger, Kepler-rumteleskopet, og bemærkede en hvid dværg med en sky af affald omkring sig.

"Det, vi endte med at finde, var, at dette var en mindre planet eller asteroide, der blev flået fra hinanden, mens vi så på, hvilket var rigtig fedt, " siger Vanderburg. Planeten var blevet ødelagt af stjernens tyngdekraft, efter dens overgang til en hvid dværg fik planetens kredsløb til at falde ind mod stjernen.

Lige siden, Vanderburg har spekuleret på, om planeter, især store, kunne overleve rejsen ind mod en aldrende stjerne.

Ved at scanne data for tusindvis af hvide dværgsystemer indsamlet af TESS, forskerne opdagede en stjerne, hvis lysstyrke dæmpedes til det halve cirka hver halvanden dag, et tegn på, at noget stort passerede foran stjernen på en tight, lynhurtigt kredsløb. Men det var svært at fortolke dataene, fordi blændingen fra en nærliggende stjerne forstyrrede TESS's målinger. For at overvinde denne forhindring, astronomerne supplerede TESS-dataene fra jordbaserede teleskoper med højere opløsning, herunder tre drevet af amatørastronomer.

"Da blændingen var under kontrol, på en nat, de fik meget pænere og meget renere data, end vi fik med en måneds observationer fra rummet, " siger Vanderburg. Fordi hvide dværge er så meget mindre end normale stjerner, store planeter, der passerer foran dem, blokerer for meget af stjernens lys, gør detektion med jordbaserede teleskoper meget enklere.

Dataene afslørede, at en planet på størrelse med Jupiter, måske lidt større, kredsede meget tæt på sin stjerne. Vanderburgs team mener, at gasgiganten startede meget længere fra stjernen og bevægede sig ind i sin nuværende bane, efter at stjernen udviklede sig til en hvid dværg.

Spørgsmålet blev:hvordan undgik denne planet at blive revet fra hinanden under omvæltningen? Tidligere modeller af hvide dværg-planet-interaktioner så ikke ud til at passe til dette særlige stjernesystem.

Forskerne kørte nye simuleringer, der gav et potentielt svar på mysteriet. Da stjernen løb tør for brændstof, det udvidede sig til en rød kæmpe, opsluger alle nærliggende planeter og destabiliserer den Jupiter-størrelse planet, der kredsede længere væk. Det fik planeten til at påtage sig en overdreven, oval bane, der passerede meget tæt på den nu krympede hvide dværg, men som også slyngede planeten meget langt væk i kredsløbets spids.

over æoner, gravitationsinteraktionen mellem den hvide dværg og dens planet spredte langsomt energi, i sidste ende lede planeten ind i en stram, cirkulær bane, der kun tager halvanden dag at gennemføre. Den proces tager tid - milliarder af år. Denne særlige hvide dværg er en af ​​de ældste observeret af TESS-teleskopet på næsten 6 milliarder år gammel, masser af tid til at bremse sin massive planetpartner.

Mens hvide dværge ikke længere udfører nuklear fusion, de frigiver stadig lys og varme, når de afkøles. Det er muligt, at en planet tæt nok på sådan en døende stjerne ville finde sig selv i den beboelige zone, området nær en stjerne, hvor flydende vand kan eksistere, formodes at kræves for at liv kan opstå og overleve.

Nu hvor forskning har bekræftet, at disse systemer eksisterer, de tilbyder en fristende mulighed for at søge efter andre livsformer. Den unikke struktur af hvide dværg-planetsystemer giver en ideel mulighed for at studere de kemiske signaturer af kredsende planeters atmosfærer, en potentiel måde at søge efter tegn på liv på lang afstand.

"Jeg tror, ​​at den mest spændende del af dette arbejde er, hvad det betyder for både beboelighed generelt - kan der være gæstfrie områder i disse døde solsystemer - og også vores evne til at finde beviser for den beboelighed, siger Vanderburg.