Unge planeter, der kredser om røde dværge, kan mangle ingredienser til liv

Klippeplaneter, der kredser om røde dværgstjerner, kan være knogletørre og livløse, ifølge en ny undersøgelse ved hjælp af NASAs Hubble-rumteleskop. Vand og organiske forbindelser, afgørende for livet, som vi kender det, kan blive blæst væk, før de kan nå overfladen af ​​unge planeter.

Denne hypotese er baseret på overraskende observationer af en hurtigt eroderende støv- og gasskive, der omkranser de unge, den nærliggende røde dværgstjerne AU Microscopii (AU Mic) af Hubble og European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Chile. Planeter er født i skiver som denne.

Røde dværge, som er mindre og svagere end vores sol, er de mest talrige og længstlevende stjerner i galaksen.

Hurtigt bevægelige klatter af materiale ser ud til at udstøde partikler fra AU Mic-disken. Hvis disken fortsætter med at spredes i dette hurtige tempo, det vil være væk om cirka 1,5 millioner år. På den korte tid, iskoldt materiale fra kometer og asteroider kunne ryddes ud af skiven. Kometer og asteroider er vigtige, fordi de menes at have frøet klippeplaneter som Jorden med vand og organiske forbindelser, de kemiske byggesten til livet. Hvis det samme transportsystem er nødvendigt for planeter i AU Mic-systemet, så kan de ende med at blive "tørre" og støvede - ugæstfrie for livet, som vi kender det.

"Jorden, vi ved, dannet 'tørt, ' med en varm, smeltet overflade, og ophobet atmosfærisk vand og andre flygtige stoffer i hundreder af millioner af år, at blive beriget af iskoldt materiale fra kometer og asteroider transporteret fra det ydre solsystem, " sagde medforsker Glenn Schneider fra Steward Observatory i Tucson, Arizona.

Observationerne ledes af John Wisniewski fra University of Oklahoma i Norman, hvis hold er sammensat af 14 astronomer fra USA og Europa.

Hvis aktiviteten omkring AU Mic er typisk for planetfødselsprocessen blandt røde dværge, det kan yderligere reducere udsigterne til beboelige verdener på tværs af vores galakse. Tidligere observationer tyder på, at en strøm af ultraviolet lys fra unge røde dværgstjerner hurtigt fjerner atmosfæren fra alle planeter i kredsløb. Denne særlige stjerne er kun 23 millioner år gammel.

Undersøgelser har vist, at jordiske planeter er almindelige omkring røde dværge. Faktisk, de burde indeholde størstedelen af ​​vores galakses planetbefolkning, som kunne tælle titusinder af milliarder af verdener. Planeter er blevet fundet inden for den beboelige zone af flere nærliggende røde dværge, men deres fysiske egenskaber er stort set ukendte.

Blæst ud af klatter

Observationer fra Hubbles Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) og VLT viser, at AU Mic circumstellar disken bliver udgravet af hurtigt bevægende klatter af circumstellar materiale, som fungerer som en sneplov ved at skubbe små partikler – der muligvis indeholder vand og andre flygtige stoffer – ud af systemet. Forskere ved endnu ikke, hvordan klatterne blev lanceret. En teori er, at kraftige masseudslyngninger fra den turbulente stjerne fordrev dem. En sådan energisk aktivitet er almindelig blandt unge røde dværge.

"Disse observationer tyder på, at vandførende planeter kan være sjældne omkring røde dværge, fordi alle de mindre kroppe, der transporterer vand og organiske stoffer, blæses ud, mens skiven udgraves, " forklarede Carol Grady fra Eureka Scientific i Oakland, Californien, medforsker på Hubble-observationerne.

Konventionel teori hævder, at Jorden for milliarder af år siden blev dannet som en forholdsvis tør planet. Gravitationsforstyrrede asteroider og kometer, rig på vand fra det køligere ydre solsystem, bombarderede Jorden og såede overfladen med is og organiske forbindelser. "Imidlertid, denne proces fungerer muligvis ikke i alle planetsystemer, " sagde Grady.

Holdet bestemte diskens levetid ved at bruge en estimeret masse af disken fra en uafhængig undersøgelse, samt at beregne massen af ​​de undslippende klatter i deres STIS synligt lys-data. Massen af ​​hver klat er omkring fire ti-milliontedele af Jordens masse. Diskens masse - omkring 1,7 gange mere massiv end Jorden - er baseret på data taget af Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Selvom massen af ​​de egensindige klatter synes lille, diameteren af ​​hver klat kunne strække sig i det mindste fra Solen til Jupiter. På nuværende tidspunkt holdet har set seks udgående klatter, men det er muligt, at der er en kontinuerlig strøm af dem. Grupper af klatter, der passerer gennem disken, kunne feje materiale ud ret hurtigt.

"Den hurtige spredning af disken er ikke noget, jeg havde forventet, " sagde Grady. "Baseret på observationer af skiver omkring mere lysende stjerner, vi havde forventet, at skiver omkring svagere røde dværgstjerner havde et længere tidsrum. I dette system, skiven vil være væk, før stjernen er 25 millioner år gammel." Hun tilføjede, at AU Mic sandsynligvis startede med en ydre kant af små iskolde kroppe, som Kuiperbæltet, der findes i vores eget solsystem. Hvis disken ikke blev eroderet, det ville have givet is til alle tørre indre planeter.

Udforsker Blob-mysteriet

Hubble-astronomer opdagede klatterne i STIS-billeder med synligt lys taget i 2010-2011. Som en opfølgning på Hubble-undersøgelsen, SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research) instrumentet monteret på European Southern Observatory's Very Large Telescope i Chile, foretaget nær-infrarøde observationer. Funktioner i disken blev antydet i observationer taget i 2004 af jordbaserede teleskoper og Hubbles Advanced Camera for Surveys.

Indtil nu, holdet har afsløret klatter på skivens sydøstlige side, med estimerede udkastningshastigheder mellem 9, 000 miles i timen og 27, 000 miles i timen, hurtig nok til at undslippe stjernens tyngdekraft. De varierer i øjeblikket i afstand fra omkring 930 millioner miles til mere end 5,5 milliarder miles fra stjernen.

Hubble viser også, at disse klatter måske ikke bare er gigantiske kugler af støvet affald. Teleskopet har løst understruktur i en af ​​klatterne, inklusive en svampeformet hætte over selve skivens plan og en kompleks "løkkelignende" struktur under skiven. "Disse strukturer kunne give spor til de mekanismer, der driver disse klatter, " sagde Schneider.

Systemet befinder sig 32 lysår væk i det sydlige stjernebillede Microscopium.

"AU Mic er ideelt placeret, " sagde Schneider. "Men det er kun et af omkring tre eller fire rød-dværgsystemer med kendte stjernelysspredningsskiver af cirkumstellært affald. De andre kendte systemer er typisk omkring seks gange længere væk, så det er udfordrende at udføre en detaljeret undersøgelse af de typer funktioner i de diske, som vi ser i AU Mic."

Imidlertid, astronomer begynder at identificere en muligvis lignende aktivitet i disse andre systemer. "Det viser, at AU Mic ikke er unik, " sagde Grady. "Faktisk, du kan argumentere for, at fordi det er et af de nærmeste systemer af denne type, det ville være usandsynligt, at det ville være unikt."

AU Mic-observationerne viser vigtigheden af ​​en stjernes skivemiljø på planetdannelse og -evolution. "Det, vi har lært, er, at diske ser ud til at være en normal del af planetsystemernes historie, " sagde Grady. "Hvis du ikke forstår en stjernes disk, du har ikke en god forståelse af det resulterende planetsystem."

Grady vil præsentere holdets resultater på en pressekonference 8. januar, 2019, ved det 233. møde i American Astronomical Society i Seattle, Washington.