Pozostałości po śmiertelnej interakcji pomiędzy umarłą gwiazdą, a jej kolacją w postaci planetoidy zostały po raz pierwszy szczegółowo zbadane przez międzynarodowy zespół astronomów korzystający z Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Obserwatorium Paranal w Chile, które należy do ESO. Daje to wgląd w daleką przyszłość Układu Słonecznego.
Zespół, którym kierował Christopher Manser, doktorant na University of Warwick w Wielkiej Brytanii, użył danych z należącego do ESO teleskopu VLT i z innych obserwacji, aby zbadać rozproszone resztki planetoidy wokół gwiezdnej pozostałości – białego karła zwanego SDSS J1228+1040 [1].
Korzystając z kilku instrumentów, w tym ze spektrografów Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph (UVES) oraz X-shooter, działających na VLT, badacze uzyskali szczegółowe obserwacje światła pochodzącego od białego karła i otaczającej go materii, osiągając dane pokrywające niespotykany okres dwunastu lat, od 2003 do 2015 roku. Obserwacje w ciągu wielu lat były potrzebne, aby spojrzeć na system z różnych punktów widzenia [2].
„Obraz, który otrzymujemy z przeprocesowanych danych pokazuje nam, że tego typu systemy są naprawdę podobne do dysków. Widzimy wiele struktur, których nie da się wykryć za pomocą jednorazowych obserwacji” wyjaśnia Christopher Manser.
Zespół wykorzystał technikę zwaną tomografią dopplerowską – podobną co do zasady do tomograficznych skanów ludzkiego ciała w medycynie – która pozwoliła na wykonanie po raz pierwszy mapy szczegółowej struktury świecących gazowych szczątków posiłku białego karła J1228+1040, krążących wokół niego
O ile duże gwiazdy – te bardziej masywne niż dziesięć mas Słońca – czeka gwałtowny punkt kulminacyjny w postaci wybuchu supernowej, to gwiazdy mniejsze unikają takiego losu. Gdy gwiazdy takie jak Słońce kończą swoje życie, wyczerpują swoje paliwo, puchną jako czerwone olbrzymy, a następnie odrzucają swoje zewnętrzne warstwy w przestrzeń kosmiczną. Gorące i bardzo gęste jądro byłej gwiazdy – biały karzeł – jest wszystkim co po niej pozostaje.
Ale czy planety, planetoidy i inne ciała w takich systemie mogą przetrwać tę próbę ognia? Co pozostanie? Nowe obserwacje pomagają odpowiedzieć na te pytania.
Białe karły rzadko są otoczone dyskami materii gazowej- znanych jest jedynie siedem takich przypadków. Zespół wysnuł wniosek, że planetoida zabłądziła niebezpiecznie blisko umarłej gwiazdy i została rozerwana przez olbrzymie siły pływowe, których doświadczyła. To spowodowało uformowanie dysku materii, który teraz widzimy.
Dysk powstał w podobny sposób, jak fotogeniczne pierścienie wokół planet znacznie nam bliższych, takich jak Saturn. Jednak, o ile J1228+1040 ma siedem razy mniejszą średnicę niż Saturn, to jego masa jest 2500 razy większa. Naukowcy ustalili, że odległość pomiędzy białym karłem, a jego dyskiem również się różni – Saturn i jego pierścienie mogłyby spokojnie zmieścić się w przerwie pomiędzy białym karłem, a jego dyskiem [3].
Nowe długoterminowe badania za pomocą VLT pozwoliły naukowcom na zbadanie w jaki sposób dysk precesuje pod wpływem bardzo silnego pola grawitacyjnego białego karła. Ustalili także, że dysk jest nieco przechylony i nie stał się jeszcze okrągły.
„Gdy w 2006 roku odkryliśmy dysk wokół białego karła, nie mogliśmy uzyskać szczegółowych obrazów, które widzimy na najnowszym zdjęciu powstałym na podstawie dwunastoletnich obserwacji – zdecydowanie warto było poświęcić tyle czasu” dodał Boris Gänsicke, współautor badań.
Pozostałości takie jak J1228+1040 mogą dostarczyć kluczowych wskazówek do zrozumienia otoczenia, które występuje gdy gwiazda osiąga koniec swojego życia. Pomoże to też astronomom w poznaniu procesów, które zachodzą w systemach egzoplanetarnych, a nawet w przewidzeniu losów Układu Słonecznego, gdy Słońce dobiegnie swojego kresu za około siedem miliardów lat.
Uwagi
[1] Pełne oznaczenie białego karła to SDSS J122859.93+104032.9.
[2] Zespół zidentyfikował niekwestionowaną strukturę widmową podobną do trójzębu i pochodzącą od zjonizowanego wapnia, zwaną trypletem Ca II. Różnica pomiędzy obserwowanymi, a znanymi długościami fali tych trzech linii pozwala ustalić prędkość gazu z dość dobrą precyzją.
[3] Mimo że dysk wokół białego karła jest znacznie większy niż system pierścieni Saturna w Układzie Słonecznym, to jest niewielki w porównaniu do dysków, z których formują się planety wokół młodych gwiazd.
Skład zespołu badawczego: Christopher Manser (University of Warwick, Wielka Brytania), Boris Gaensicke (University of Warwick), Tom Marsh (University of Warwick), Dimitri Veras (University of Warwick), Detlev Koester (University of Kiel, Niemcy), Elmé Breedt (University of Warwick), Anna Pala (University of Warwick), Steven Parsons (Universidad de Valparaiso, Chile) oraz John Southworth (Keele University, Wielka Brytania).
Więcej informacji:
- Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. Doppler-imaging of the planetary debris disc at the white dwarf SDSS J122859.93+104032.9, C. Manser et al., który ukaże się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
