Skomplikowany związek
Gwiazdy i planety mają ważną, choć czasami gwałtowną relację. Planety, o ile wiadomo, powstają w protoplanetarnych dyskach gazu i pyłu wokół młodych gwiazd. Kiedy już urosną, żyją związane grawitacją swoich gwiezdnych gospodarzy, pławiąc się w ich świetle i energii. A jednak większość planet jest zabijana przez gwiazdy, które je utrzymują.
Prawdopodobnie każdy słyszał o gwiazdach pochłaniających otaczające je planety, wciągających je pod swoją powierzchnię, gdy rozszerzają się pod koniec swojego życia. Stanie się tak ze Słońcem oraz Merkurym i Wenus, a być może także z Ziemią za około 5 mld lat, gdy nasza dzienna gwiazda będzie przechodzić do fazy czerwonego olbrzyma.
Istnieją jednak istotne dowody na to, że gwiazdy dość często pożerają swoje planety, jeszcze zanim ich własne życie dobiegnie końca.
Zrozumienie pochodzenia
Autorzy niedawnej pracy znaleźli ślady pechowo przetrawionych ofiar planetarnych układów podwójnych, poszukując różnic w składzie pomiędzy dwiema gwiazdami w każdej parze.
Astrofizycy wiedzą na pewno, że gwiazdy w układach podwójnych muszą mieć to samo miejsce i czas powstania, a co za tym idzie nie powinny się znacznie różnić składem chemicznym.
Autorzy pokazują jednak, że w ich próbce 107 układów – wszystkie składające się z dwóch gwiazd podobnych do Słońca o podobnej temperaturze efektywnej i grawitacji powierzchniowej – w 33 parach znaleziono różnice w obfitości na poziomie dwóch sigma.
Autorzy proponują dwa możliwe wytłumaczenia tego zjawiska: nieznane wcześniej chemiczne niejednorodności w obłokach protogwiazdowych lub zdarzenia pochłaniania planet, które miały miejsce po uformowaniu się gwiazd.
Pierwsza z tych możliwości wstrząsnęła by znaczną częścią astrofizyki, podważając założenie, że obecny skład chemiczny gwiazd zależy od środowiska, w którym powstały gwiazdy – na tym opiera się dziedzina badań galaktyk. Druga natomiast mogłaby rzucić nieco światła na możliwe ścieżki ewolucji układów planetarnych, zwłaszcza tych, które nie są tak spokojne lub tak dobrze zachowane jak kołowe orbity w naszym Układzie Słonecznym.
Ślady zaginionych planet
Wiadomo, że planety w układach wielokrotnych doświadczają znacznie bardziej chaotycznego i dynamicznego życia niż te mające tylko jedną gwiazdę-gospodarza. Planety te mają bardzo zróżnicowane historie dynamiczne, które mogą nawet obejmować destabilizację orbit planetarnych i pożeranie skalistych planet przez gwiazdę.
Kiedy zdestabilizowana planeta wpada do gwiazdy, planeta rozpada się, a materia, taka jak żelazo, jest asymilowana do zewnętrznych warstw gwiazdy. Ilość żelaza w ucztującej gwieździe powinna być zatem wyższa niż w jej rodzeństwie w tym samym układzie.
Rozdzielając podwójne pary według tego, czy obie gwiazdy są podobne czy różne pod względem chemicznym, i wykreślając te dwie populacje w zależności od ich temperatury, staje się oczywiste, że gwiazdy o wyższych temperaturach efektywnych częściej różnią się pod względem składu chemicznego. Autorzy zwracają uwagę, że można się tego spodziewać, ponieważ chłodniejsze gwiazdy mają grubsze strefy, które są w stanie rozrzedzić zasymilowaną ilość skał skuteczniej niż cieńsze strefy konwekcyjne gorętszych gwiazd. Dlatego gorętsze gwiazdy dają lepiej wykrywalne dowody na istnienie zasymilowanych planet.
Na podstawie zbioru danych 107 układów podwójnych gwiazd autorzy opracowali za pomocą pewnego algorytmu (MCMC) model prawdopodobieństwa znalezienia w takich układach gwiazd chemicznie rozbieżnych w zależności od ich temperatury. Dla najgorętszych gwiazd (T=6500 K) model ten daje średnie prawdopodobieństwo znalezienia niedopasowanych par PAnom = 47% +/- 11%. (PAnom – anomalna para).
Autorzy zakładają, że warstwy konwekcyjne tych gorących gwiazd są cienkie, tak że każdy spadek materii planetarnej byłby wykrywalny, a para gwiazd stałaby się niedopasowana pod względem składu chemicznego, gdyby przynajmniej jedna z gwiazd połknęła planetę.
Wiek to nie tylko liczba
Oprócz żelaza, lit również może wskazywać na to, że planeta została pożarta przez swoją gwiazdę. Wszystkie gwiazdy powstały z taką samą ilością litu, ale gwiazdy tej samej wielkości i w tym samym wieku co nasze Słońce wypaliły go w całości. Jeżeli planeta zostanie włączona do zewnętrznej warstwy gwiezdnej po tym, jak gwiazda będzie wystarczająco dorosła, by wyczerpać większość swojego litu, pierwiastek ten zostanie w znacznym stopniu uzupełniony przez zdarzenie pochłaniania.
Cisza i spokój
Badania prowadzone przez autorów są bardzo istotne dla badań nad egzoplanetami, ponieważ ich ogromną zaletą jest to, że polegają jedynie na poprawnym pomiarze własności chemicznych gwiazd, a nie na metodach wykrywania egzoplanet, które często są silnie ukierunkowane na pewne typy planet.
Może to również pomóc w zawężeniu obszarów, w których astrofizycy powinni szukać planet podobnych do Ziemi. Słońce, w porównaniu z innymi podobnymi gwiazdami, wydaje się mieć mniejszą obfitość zarówno ciężkich pierwiastków, takich jak żelazo, jak i litu, co wskazuje na to, że prawdopodobnie nigdy nie pochłonęło żadnej planety. Gwiazdy o podobnym składzie chemicznym mogą wskazywać na „spokojną” architekturę układu planetarnego, gdzie planeta może oferować warunki zdatne do zamieszkania, w przeciwieństwie do chaotycznych i bardzo dynamicznych układów, w których planety są często miotane lub nawet pochłaniane przez swoje gwiazdy.
Jeżeli uda nam się znaleźć planetę bliźniaczą do Ziemi, najprawdopodobniej znajdziemy ją w niepozornym i spokojnym układzie, w którym nie ma dowodów na niedawne dramatyczne wydarzenia.
Jednak faktem pozostaje, że podczas gdy poszukiwanie planet nadających się do zamieszkania jest ekscytującym przedsięwzięciem, obserwowanie układów, w których miały miejsce gwałtowne i poważne wydarzenia jest prawdopodobnie równie interesujące.
Więcej informacji:
- The Last Message of Devoured Planets
- Chemical evidence for planetary ingestion in a quarter of Sun-like stars
Źródło: Astrobites
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca gazowego olbrzyma pochłanianego przez gwiazdę macierzystą. Źródło: NASA/ESA/G. Bacon
