Planetariske skjolde vil spænde under stjernevinde fra deres døende stjerner

Ethvert liv identificeret på planeter, der kredser om hvide dværgstjerner, udviklede sig næsten helt sikkert efter stjernens død, siger en ny undersøgelse ledet af University of Warwick, der afslører konsekvenserne af de intense og rasende stjernevinde, der vil ramme en planet, mens dens stjerne dør. Forskningen er publiceret i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , og hovedforfatter Dr. Dimitri Veras vil præsentere det i dag (21. juli) på det online National Astronomy Meeting (NAM 2021).

Forskningen giver ny indsigt for astronomer, der søger efter tegn på liv omkring disse døde stjerner ved at undersøge, hvilken indvirkning deres vinde vil have på kredsende planeter under stjernens overgang til det hvide dværgstadium. Undersøgelsen konkluderer, at det er næsten umuligt for liv at overleve den katastrofale stjerneudvikling, medmindre planeten har et intenst stærkt magnetfelt - eller magnetosfære - der kan beskytte den mod de værste virkninger.

I tilfældet med Jorden, solvindpartikler kan erodere atmosfærens beskyttende lag, der beskytter mennesker mod skadelig ultraviolet stråling. Den jordiske magnetosfære fungerer som et skjold for at lede disse partikler væk gennem dets magnetfelt. Ikke alle planeter har en magnetosfære, men Jordens er genereret af dens jernkerne, som roterer som en dynamo for at skabe sit magnetfelt.

"Vi ved, at solvinden i fortiden eroderede Mars-atmosfæren, hvilken, i modsætning til Jorden, har ikke en storskala magnetosfære. Hvad vi ikke forventede at finde er, at solvinden i fremtiden kan være lige så skadelig selv for de planeter, der er beskyttet af et magnetfelt", siger Dr. Aline Vidotto fra Trinity College Dublin, medforfatteren til undersøgelsen.

Alle stjerner løber efterhånden tør for tilgængeligt brint, der driver kernefusionen i deres kerner. I Solen vil kernen trække sig sammen og varmes op, driver en enorm udvidelse af stjernens ydre atmosfære til en 'rød kæmpe'. Solen vil derefter strække sig til en diameter på titusinder af kilometer, sluger de indre planeter, muligvis også Jorden. Samtidig betyder tabet af masse i stjernen, at den har en svagere tyngdekraft, så de resterende planeter bevæger sig længere væk.

Under den røde kæmpe fase, solvinden vil være langt stærkere end i dag, og det vil svinge voldsomt. Veras og Vidotto modellerede vindene ud fra 11 forskellige typer stjerner, med masser fra en til syv gange vores sols masse.

Deres model viste, hvordan tætheden og hastigheden af ​​stjernevinden, kombineret med en ekspanderende planetarisk bane, konspirerer for alternativt at skrumpe og udvide magnetosfæren på en planet over tid. For at enhver planet kan bevare sin magnetosfære gennem alle stadier af stjernernes udvikling, dets magnetfelt skal være mindst hundrede gange stærkere end Jupiters nuværende magnetfelt.

Processen med stjerneudvikling resulterer også i et skift i en stjernes beboelige zone, hvilket er den afstand, der ville tillade en planet at have den rigtige temperatur til at understøtte flydende vand. I vores solsystem, den beboelige zone ville bevæge sig fra omkring 150 millioner km fra Solen – hvor Jorden i øjeblikket er placeret – op til 6 milliarder km, eller hinsides Neptun. Selvom en planet i kredsløb også ville ændre position under de gigantiske grenfaser, forskerne fandt ud af, at den beboelige zone bevæger sig hurtigere udad end planeten, stiller yderligere udfordringer til ethvert eksisterende liv i håb om at overleve processen.

Til sidst kaster den røde kæmpe hele sin ydre atmosfære, efterlader den tætte varme hvide dværgerest. Disse udsender ikke stjernevinde, så når først stjernen når dette stadie, er faren for overlevende planeter forbi.

Dr. Veras siger, at "denne undersøgelse viser, hvor vanskeligt en planet har ved at opretholde sin beskyttende magnetosfære gennem hele stjernens evolutionens gigantiske grenfaser."

"En konklusion er, at liv på en planet i den beboelige zone omkring en hvid dværg næsten helt sikkert ville udvikle sig under den hvide dværgfase, medmindre dette liv var i stand til at modstå flere ekstreme og pludselige ændringer i sit miljø."

Fremtidige missioner som James Webb Space Telescope, der skal opsendes senere i år, skulle afsløre mere om planeter, der kredser om hvide dværgstjerner, herunder om planeter inden for deres beboelige zoner viser biomarkører, der indikerer tilstedeværelsen af ​​liv, så undersøgelsen giver værdifuld kontekst til eventuelle potentielle opdagelser.

Indtil videre er der ikke fundet nogen jordisk planet, der kunne understøtte liv omkring en hvid dværg, men to kendte gasgiganter er tæt nok på deres stjernes beboelige zone til at antyde, at sådan en planet kunne eksistere. Disse planeter flyttede sandsynligvis tættere på den hvide dværg som et resultat af interaktioner med andre planeter længere ude.

Dr. Veras tilføjer, at "disse eksempler viser, at kæmpeplaneter kan nærme sig meget tæt på den beboelige zone. Den beboelige zone for en hvid dværg er meget tæt på stjernen, fordi de udsender meget mindre lys end en sollignende stjerne. hvide dværge er også meget stabile stjerner, da de ikke har nogen vind. En planet, der er parkeret i den hvide dværg beboelige zone, kunne forblive der i milliarder af år, give tid til at livet kan udvikle sig, forudsat at forholdene er passende."