Zidentyfikowano najstarszą znaną gwiazdę w naszej galaktyce, która ściąga na siebie odłamki okrążających ją planetozymali. To jeden z najbardziej wiekowych układów planetarnych w Drodze Mlecznej.
Astronomowie donoszą, że badany przez nich biały karzeł znajduje się w odległości 90 lat świetlnych od Ziemi, a pozostałości jego układu planetarnego liczą ponad 10 miliardów lat. Wyniki tych badań zostały opublikowane 5 listopada tego roku w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
Sam biały karzeł to niezbyt rzadkie zjawisko. Przeznaczeniem większości gwiazd, w tym również naszego Słońca, jest stanie się obiektem tego typu. Biały karzeł to gwiazda, która wypaliła już całe swoje paliwo jądrowe i pozbyła się zewnętrznych warstw, a obecnie przechodzi proces kurczenia się i schładzania. Podczas tego procesu ewentualne planety krążące wokół niej ulegają rozproszeniu, ich orbity zmieniają się, a w niektórych przypadkach globy te zostają po prostu zniszczone, a wówczas ich pozostałości zaczynają osadzać się na powierzchni białego karła.
W ramach omawianych badań zespół astronomów przy pomocą superkomputerów modelował ewolucję dwóch nietypowych białych karłów, które zostały wcześniej wykryte przez obserwatorium kosmiczne GAIA. Obie te gwiazdy są silnie zanieczyszczone szczątkami planetarnymi, przy czym jedna z nich w rzeczywistości okazała się wyraźnie niebieska, podczas drugi biały karzeł świeci znacznie słabiej i jest bardziej czerwonawy. Oba poddano dalszym analizom. W szczególności, przy użyciu danych spektroskopowych i fotometrycznych z satelity GAIA, przeglądu Dark Energy Survey oraz instrumentu X-Shooter (VLT) w Europejskim Obserwatorium Południowym, próbowano ustalić, jak długo gwiazdy te się schładzały. Zespół doszedł do wniosku, że „czerwona” gwiazda WDJ2147-4035 ma około 10,7 miliarda lat, z czego 10,2 miliarda lat ochładzała się już jako biały karzeł.
Spektroskopia to metoda badawcza polegająca na analizie światła gwiazdy na różnych długościach fal, co pozwala wykryć, jakie pierwiastki zawarte w jej atmosferze absorbują światło o różnych kolorach i następnie określić, w jakiej ilości tam występują. Po zbadaniu widma WDJ2147-4035 zespół stwierdził obecność w jej atmosferze metali: sodu, litu, potasu oraz najprawdopodobniej również węgla. Byłby to zatem najstarszy zanieczyszczony takimi metalami biały karzeł, jakiego dotąd odkryto.
Druga, „niebieska” gwiazda WDJ1922+0233 okazała się tylko nieco młodsza od WDJ2147-4035 i również zanieczyszczona przez okruchy planetarne o składzie podobnym do… skorupy kontynentalnej Ziemi. Naukowcy doszli do wniosku, że charakterystyczny, niebieski kolor WDJ1922+0233, mimo jej stosunkowo niskiej temperatury powierzchniowej, powodowany jest jej nietypową atmosferą helowo-wodorową. Przypomnijmy – to właśnie gwiazdy niebieskie i białe są najgorętsze, podczas gdy te czerwone są obiektami znacznie chłodniejszymi.
Natomiast ślady pozostałości znalezione w prawie czystej atmosferze złożonej z helu „czerwonej” gwiazdy WDJ2147-4035 prawdopodobnie pochodzą ze starego układu planetarnego, który przetrwał przemianę tej gwiazdy w białego karła. Właśnie to pozwala astronomom przypuszczać, że mają do czynienia z najstarszym układem planetarnym wokół białego karła odkrytym w Drodze Mlecznej.
Te zanieczyszczone metalami pokazują, że Ziemia nie jest wyjątkowa, istnieją inne układy planetarne z obiektami podobnymi do niej. 97% wszystkich gwiazd stanie się ostatecznie białymi karłami. Są one tak wszechobecne we Wszechświecie, że bardzo ważne jest ich zrozumienie. Powstające z najstarszych gwiazd w naszej galaktyce, chłodne białe karły pozwalają nam uzyskać nowe informacje na temat powstawania i ewolucji układów planetarnych wokół tych najdawniejszych gwiazd Drogi Mlecznej – podsumowuje pierwsza autorka omawianej pracy naukowej, Abbigail Elms – doktorantka na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warwick. Odnajdujemy najstarsze pozostałości gwiezdne w Galaktyce, zanieczyszczone przez niegdyś podobne do Ziemi planety. To niesamowite móc myśleć, że działo się to w skali czasowej równej 10 miliardów lat, i że te planety zginęły na długo przed tym, nim uformowała się Ziemia.
Astronomowie mogli też posłużyć się widmem gwiazdy w celu określenia, jak szybko wspomniane wcześniej metale zapadają się do jej jądra. A to pozwala im spojrzeć w przeszłość i określić, jak obficie każdy z tych metali występował w pierwotnym ciele planetarnym. Porównując te ilości ze znanym nam dobrze składem chemicznym planet Układu Słonecznego można następnie próbować zgadywać, jak wyglądały te planety, zanim ich gwiazda stała się białym karłem, choć w przypadku WDJ2147-4035 okazało się to trudnym zadaniem. Gwiazda ta jest bardzo tajemnicza, gdyż akreowane na nią szczątki planetarne są bardzo obfite w lit i potas, przez co nie przypominają niczego znanego nam z naszego układu. To w istocie ciekawy i rzadki biały karzeł o bardzo niskiej temperaturze powierzchni, silnie zanieczyszczony metalami, namagnesowany i bardzo stary.
Profesor Pier-Emmanuel Tremblay z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Warwick stwierdził także, że gdy tak stare gwiazdy powstawały przed 10 miliardów lat, sam Wszechświat był mniej obfity w metale niż obecnie, ponieważ powstawały one dopiero w silnie wyewoluowanych gwiazdach i eksplozjach gwiezdnych. Dwa obserwowane teraz białe karły stanowią zatem niezwykle interesujące przykłady formowania się planet w środowisku ubogim w metale i bogatym w gaz – w warunkach całkiem odmiennych od tych, jakie panowały podczas powstawania Układu Słonecznego.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna praca naukowa: Abbigail Elms et al, Spectral analysis of ultra-cool white dwarfs polluted by planetary debris, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2022). DOI: 10.1093/mnras/stac2908
Źródło: Phys.org / University of Warwick
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Wizualizacja starych białych karłów WDJ2147-4035 i WDJ1922+0233 otoczonych przez krążące wokół nich szczątki planetarne, które gromadzą się na gwiazdach i zanieczyszczają chemicznie ich atmosfery. Źródło: University of Warwick / Dr Mark Garlick.
