Fordampede skorper af jordlignende planeter fundet i døende stjerner

Rester af planeter med jordlignende skorper er blevet opdaget i atmosfæren af ​​fire nærliggende hvide dværgstjerner af University of Warwick astronomer, giver et glimt af de planeter, der engang kunne have kredset om dem for op til milliarder af år siden.

Disse skorper er fra de ydre lag af klippeplaneter, der ligner Jorden og Mars, og kunne give astronomer større indsigt i kemien af ​​de planeter, som disse døende stjerner engang var vært for.

Opdagelsen er rapporteret i dag i tidsskriftet Natur astronomi og inkluderer et af de ældste planetsystemer set af astronomer hidtil.

Det University of Warwick-ledede team analyserede data fra Den Europæiske Rumorganisations Gaia-teleskop på over 1, 000 nærliggende hvide dværgstjerner, da de stødte på et usædvanligt signal fra én bestemt hvid dværg. Forskerne ved University of Warwick modtog støtte fra European Research Council og Science and Technology Facilities Council (STFC).

De brugte spektroskopi til at analysere lyset fra stjernen ved forskellige bølgelængder, som giver dem mulighed for at registrere, hvornår elementer i stjernens atmosfære absorberer lys i forskellige farver og bestemme, hvilke elementer det er, og hvor meget der er til stede. De inspicerede også de 30, 000 hvide dværgspektre fra Sloan Digital Sky Survey offentliggjort i løbet af de sidste 20 år.

Signalet matchede lithiums bølgelængde, og astronomerne opdagede snart tre hvide dværge mere med det samme signal, hvoraf den ene også blev observeret med kalium i atmosfæren. Ved at sammenligne mængden af ​​lithium og kalium med de andre grundstoffer, de opdagede - natrium og calcium - fandt de ud af, at forholdet mellem grundstofferne matchede den kemiske sammensætning af skorpen på klippeplaneter som Jorden og Mars, hvis disse skorper er blevet fordampet og blandet i de gasformige ydre lag af stjernen i 2 millioner år.

Hovedforfatter Dr. Mark Hollands fra University of Warwicks Institut for Fysik sagde:"Tidligere, vi har set alle mulige ting som kappe og kernemateriale, men vi har ikke haft en endelig påvisning af planetskorpen. Lithium og kalium er gode indikatorer for skorpemateriale, de er ikke til stede i høje koncentrationer i kappen eller kernen.

"Nu ved vi, hvilken kemisk signatur vi skal kigge efter for at opdage disse grundstoffer, vi har mulighed for at se på et enormt antal hvide dværge og finde flere af disse. Så kan vi se på fordelingen af ​​den signatur og se, hvor ofte vi opdager disse planetariske skorper, og hvordan det kan sammenlignes med vores forudsigelser."

De ydre lag af de hvide dværge indeholder op til 300, 000 gigaton stenaffald, som omfatter op til 60 gigaton lithium og 3, 000 gigatons kalium, svarende til en 60 km kugle med samme tæthed som jordskorpen. Mængden af ​​detekteret skorpemateriale svarer i masse til mængden af ​​de asteroider, vi ser i vores eget solsystem, få astronomerne til at tro, at det, de ser omkring alle fire stjerner, er materiale, der er brudt af en planet, snarere end en hel planet selv.

Tidligere observationer af hvide dværge har fundet beviser for materiale fra planeternes indre kerne og kappe, men intet endeligt bevis for skorpemateriale. Skorpen er en lille brøkdel af en planets masse, og de grundstoffer, der er påvist i denne undersøgelse, kan kun påvises, når stjernen er meget kølig. Hvide dværge er i den døende fase af deres livscyklus, da de har brændt deres brændstof ud og afkølet gennem milliarder af år. Disse fire hvide dværge menes at have brændt deres brændstof ud for op til 10 milliarder år siden og kan være blandt de ældste hvide dværge dannet i vores galakse.

Medforfatter Dr. Pier-Emmanuel Tremblay fra University of Warwick sagde:"I ét tilfælde, vi ser på planetdannelsen omkring en stjerne, der blev dannet i den galaktiske glorie, 11-12,5 milliarder år siden, derfor må det være et af de ældste planetsystemer, der hidtil er kendt. Et andet af disse systemer blev dannet omkring en kortvarig stjerne, der oprindeligt var mere end fire gange Solens masse, en rekordstor opdagelse, der leverer vigtige begrænsninger for, hvor hurtigt planeter kan dannes omkring deres værtsstjerner."

Blandt de ældste af disse hvide dværge, den ene er 70 % mere massiv end gennemsnittet, og dens enorme masse ville normalt få ethvert materiale i atmosfæren til at forsvinde relativt hurtigt, førte astronomerne til den konklusion, at det må genopfylde skorpematerialet fra en omgivende affaldsskive. Desuden, astronomerne opdagede mere infrarødt lys end forventet for den hvide dværg alene, hvilket indikerer, at en skive bliver opvarmet af sin stjerne og derefter genudstrålet ved længere bølgelængder.

Dr. Hollands tilføjer:"Som vi forstår det, Dannelse af klippeplaneter sker på lignende måde i forskellige planetsystemer. I første omgang, de er dannet af lignende materialesammensætning som stjernen, men over tid adskilles disse materialer, og du ender med forskellige kemiske sammensætninger i forskellige dele af planeterne. Vi kan se, at disse objekter på et tidspunkt har gennemgået differentiering, hvor sammensætningen er forskellig fra stjernens startsammensætning.

"Det er nu godt forstået, at de fleste normale stjerner som Solen rummer planeter, men nu er der mulighed for også at se på frekvensen af ​​forskellige typer materiale."