Et tungmetalplanetfragment overlever ødelæggelse fra død stjerne

Et fragment af en planet, der har overlevet sin stjernes død, er blevet opdaget af astronomer fra University of Warwick i en skive af affald dannet fra ødelagte planeter, som stjernen i sidste ende forbruger.

Den jern- og nikkelrige planetesimal overlevede en systemomspændende katastrofe, der fulgte dens værtsstjernes død, SDSS J122859.93+104032.9. Menes at have engang været en del af en større planet, dens overlevelse er så meget desto mere forbløffende, som den kredser tættere på sin stjerne, end man tidligere har troet muligt, går rundt en gang hver anden time.

Opdagelsen, rapporteret i journalen Videnskab , er første gang, at forskere har brugt spektroskopi til at opdage et fast legeme i kredsløb om en hvid dværg, ved hjælp af subtile variationer i det udsendte lys til at identificere yderligere gas, som planetesimalen genererer.

Brug af Gran Telescopio Canarias i La Palma, forskerne studerede en affaldsskive, der kredsede om en hvid dværg 410 lysår væk, dannet ved afbrydelse af stenede legemer sammensat af elementer som jern, magnesium, silicium, og oxygen - de fire vigtigste byggesten i Jorden og de fleste stenede legemer. Inden i den disk opdagede de en ring af gas, der strømmede fra et fast legeme, som en komets hale. Denne gas kan enten genereres af kroppen selv eller ved at fordampe støv, når den kolliderer med små snavs i skiven.

Astronomerne vurderer, at denne krop skal være mindst en kilometer stor, men kunne være så stor som et par hundrede kilometer i diameter, sammenlignelig med de største asteroider kendt i vores solsystem.

Hvide dværge er resterne af stjerner som vores sol, der har brændt alt deres brændstof og afgivet deres ydre lag, efterlader en tæt kerne, som langsomt afkøles over tid. Denne særlige stjerne er skrumpet så dramatisk, at planetesimalerne kredser inden for sin sols oprindelige radius. Beviser tyder på, at den engang var en del af et større legeme længere ude i sit solsystem og sandsynligvis har været en planet, der blev revet fra hinanden, da stjernen begyndte sin afkølingsproces.

Hovedforfatter Dr. Christopher Manser, en forskningsstipendiat ved Institut for Fysik, sagde:"Stjernen ville oprindeligt have været omkring to solmasser, men nu er den hvide dværg kun 70 % af vores Sols masse. Den er også meget lille - omtrent på størrelse med Jorden - og det gør stjernen, og generelt alle hvide dværge, ekstremt tæt.

"Den hvide dværgs tyngdekraft er så stærk - omkring 100, 000 gange Jordens - at en typisk asteroide vil blive revet fra hinanden af ​​gravitationskræfter, hvis den passerer for tæt på den hvide dværg."

Professor Boris Gaensicke, medforfatter fra Institut for Fysik, tilføjer:"Den planetesimal, vi har opdaget, er dybt nede i gravitationsbrønden på den hvide dværg, meget tættere på det, end vi ville forvente at finde noget, der stadig er i live. Det er kun muligt, fordi det skal være meget tæt og/eller med stor sandsynlighed have indre styrke, der holder det sammen, så vi foreslår, at det hovedsageligt består af jern og nikkel.

"Hvis det var rent jern, kunne det overleve, hvor det bor nu, men det kunne også være en krop, der er rig på jern, men med indre styrke til at holde den sammen, hvilket stemmer overens med planetesimalen er et ret massivt fragment af en planetkerne. Hvis det er korrekt, det oprindelige legeme var mindst hundrede af kilometer i diameter, fordi det først er på det tidspunkt, planeter begynder at differentiere sig – som olie på vand – og har tungere grundstoffer til at synke for at danne en metallisk kerne."

Opdagelsen giver et hint om, hvilke planeter der kan opholde sig i andre solsystemer, og et indblik i vores egen fremtid.

Dr. Christopher Manser sagde:"Når stjerner ældes, vokser de til røde kæmper, som 'renser' meget af den indre del af deres planetsystem. I vores solsystem, Solen vil udvide sig til det sted, hvor Jorden i øjeblikket kredser, og vil udslette Jorden, Kviksølv, og Venus. Mars og videre vil overleve og vil bevæge sig længere ud.

"Den generelle konsensus er, at 5-6 milliarder år fra nu, vores solsystem vil være en hvid dværg i stedet for solen, kredser om Mars, Jupiter, Saturn, de ydre planeter, samt asteroider og kometer. Gravitationsinteraktioner vil sandsynligvis ske i sådanne rester af planetsystemer, hvilket betyder, at de større planeter nemt kan skubbe de mindre kroppe ind i en bane, der bringer dem tæt på den hvide dværg, hvor de bliver revet i stykker af dens enorme tyngdekraft.

"Lære om masserne af asteroider, eller planetariske fragmenter, der kan nå en hvid dværg, kan fortælle os noget om de planeter, som vi ved skal være længere ude i dette system, men vi har i øjeblikket ingen måde at opdage.

"Vores opdagelse er kun den anden solide planetesimal fundet i en stram bane omkring en hvid dværg, med den forrige fundet, fordi affald, der passerede foran stjernen, blokerede noget af dens lys - det er "transitmetoden", der er meget brugt til at opdage exoplaneter omkring sollignende stjerner. For at finde sådanne transitter, geometrien, som vi ser dem under, skal være meget finjusteret, hvilket betyder, at hvert system observeret i flere timer for det meste ikke fører til noget. Den spektroskopiske metode, vi udviklede i denne forskning, kan detektere tætte planetesimaler uden behov for en specifik justering. Vi kender allerede til flere andre systemer med affaldsskiver, der ligner SDSS J122859.93+104032.9, som vi skal studere næste gang. Vi er sikre på, at vi vil opdage yderligere planetesimaler, der kredser om hvide dværge, som så vil give os mulighed for at lære mere om deres generelle egenskaber."