Martwa gwiazda przyłapana na gwałtownym rozdzieraniu układu planetarnego

Wśród szczątków na powierzchni białego karła zidentyfikowano zarówno obiekty skaliste, jak i lodowe

„Zabierz swoich zmarłych!” Zapętla się w powietrzu w klasycznym filmie „Monty Python i Święty Graal”, równoległa scena tego, co dzieje się wokół[{” attribute=””>white dwarf star in a nearby planetary system. The dead star is “ringing” its own bell, calling out to the “dead” to collect at its footsteps. The white dwarf is all that remains after a Sun-like star has exhausted its nuclear fuel and expelled most of its outer material – decimating objects in the planetary system that orbit it. What’s left is a band of players with unpredictable orbits that – despite protests that they “aren’t dead yet!” – will ultimately be captured by the central star.

How do we know? The bodies consumed by the star leave telltale “fingerprints” – caught by the Hubble Space Telescope and other NASA observatories – on its surface. The spectral evidence shows that the white dwarf is siphoning off both rocky-metallic and icy material – debris from both its system’s inner and outer reaches. Uncovering evidence of icy bodies is intriguing, since it implies that a “water reservoir” might be common on the edges of planetary systems, improving the chances for the emergence of life as we know it.

Ból po śmierci gwiazdy tak gwałtownie zakłócił układ planetarny, że pozostawiona przez nią martwa gwiazda, zwana białym karłem, wyciąga szczątki zarówno z wewnętrznego, jak i zewnętrznego wierzchołka układu. Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali białego karła zjadającego zarówno mineralną, jak i lodową materię skalną, które są składnikami planet. Dane archiwalne z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych obserwatoriów NASA były niezbędne do zdiagnozowania tego przypadku kosmicznego kanibalizmu. Wyniki pomagają opisać gwałtowną naturę zaawansowanych układów planetarnych i mogą powiedzieć astronomom o budowie nowo powstałych układów. kredyt: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA; Główny Producent: Paul Morris

Martwa gwiazda przyłapana na rozdzieraniu układu planetarnego

Ból po śmierci gwiazdy tak gwałtownie zakłócił układ planetarny, że pozostawiona przez nią martwa gwiazda, zwana białym karłem, wyciąga szczątki zarówno z wewnętrznego, jak i zewnętrznego wierzchołka układu. Po raz pierwszy astronomowie zaobserwowali białego karła zjadającego zarówno mineralną, jak i lodową materię skalną, które są składnikami planet.

Dane archiwalne z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i innych obserwatoriów NASA były niezbędne do zdiagnozowania tego przypadku kosmicznego kanibalizmu. Wyniki pomagają opisać gwałtowną naturę zaawansowanych układów planetarnych i mogą powiedzieć astronomom o budowie nowo powstałych układów.

Wyniki oparte są na analizie materii przechwyconej przez atmosferę pobliskiego białego karła G238-44. Biały karzeł jest tym, co pozostało z gwiazdy takiej jak nasze Słońce po tym, jak zdarła ona swoje zewnętrzne warstwy i przestała spalać paliwo w wyniku syntezy jądrowej. „Nigdy nie widzieliśmy, aby te dwa typy ciał gromadziły się na białym karle w tym samym czasie” – powiedział Ted Johnson, główny badacz i niedawny absolwent Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA). „Badając te białe karły, mamy nadzieję lepiej zrozumieć wciąż nienaruszone układy planetarne”.

Ta ilustracja układu planetarnego G238-44 przedstawia jego zniszczenie. W centrum akcji znajduje się mały biały karzeł. Niezwykle słaby dysk akrecyjny składa się z kawałków postrzępionych ciał spadających na białego karła. Asteroidy i pozostałe ciała planetarne tworzą rezerwuar materii otaczającej gwiazdę. W układzie mogą nadal znajdować się większe gazowe olbrzymy. Znacznie dalej znajduje się pas lodowych ciał, takich jak komety, które ostatecznie zasilają martwą gwiazdę. Źródło: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Odkrycia są również interesujące, ponieważ małe, lodowe ciała przypisuje się zderzaniu i „nawadnianiu” suchych, skalistych planet w naszym Układzie Słonecznym. Uważa się, że miliardy lat temu komety i asteroidy dostarczyły wodę na Ziemię, tworząc warunki niezbędne do życia, jakie znamy. Skład ciał, które pada na białego karła, sugeruje, że lodowe zbiorniki mogą być powszechne wśród układów planetarnych, powiedział Johnson.

„Życie, jakie znamy, wymaga skalistej planety pokrytej różnymi pierwiastkami, takimi jak węgiel, azot i tlen” – powiedział Benjamin Zuckerman, profesor UCLA i współautor. „Obfitość pierwiastków, które widzimy na tym białym karle, wydaje się wymagać głównego ciała, które jest skaliste i bogate w lotność – pierwszy przykład, jaki znaleźliśmy wśród badań setek białych karłów”.

zburzyć derby

Teorie ewolucji układów planetarnych opisują przejście między fazami czerwonego olbrzyma i białego karła jako chaotyczny proces. Gwiazda gwałtownie traci swoje zewnętrzne warstwy, a orbity jej planet dramatycznie się zmieniają. Małe obiekty, takie jak asteroidy i planety karłowate, mogą zbliżyć się do gigantycznych planet i spaść w kierunku gwiazdy. To badanie potwierdza prawdziwą skalę tej gwałtownej fazy chaotycznej, pokazując, że w ciągu 100 milionów lat po rozpoczęciu fazy białego karła, gwiazda jest w stanie jednocześnie wychwytywać i konsumować materię z pasa asteroid i obszarów podobnych do pasa Kuipera.

Szacowana całkowita masa pochłonięta przez białego karła w tym badaniu nie może być większa niż masa asteroidy lub małego księżyca. Chociaż obecność co najmniej dwóch obiektów pochłoniętych przez białego karła nie jest bezpośrednio mierzona, jest prawdopodobne, że jeden jest tak bogaty w minerały jak asteroida, a drugi jest lodowym obiektem podobnym do tego, który znajduje się na obrzeżach naszego Układu Słonecznego w Pasie Kuipera.

Chociaż astronomowie sklasyfikowali ponad 5000 egzoplanet, Ziemia jest jedyną planetą, dla której mamy bezpośrednią wiedzę na temat jej wewnętrznego składu. Kanibalizm białych karłów zapewnia wyjątkową okazję do rozbicia planet i dowiedzenia się, z czego były zrobione, kiedy po raz pierwszy uformowały się wokół gwiazdy.

Zespół zmierzył między innymi obecność azotu, tlenu, magnezu, krzemu i żelaza. Odkrycie żelaza w bardzo dużych ilościach jest dowodem na istnienie metalowych rdzeni planet ziemskich, takich jak Ziemia,[{” attribute=””>Venus, Mars, and Mercury. Unexpectedly high nitrogen abundances led them to conclude the presence of icy bodies. “The best fit for our data was a nearly two-to-one mix of Mercury-like material and comet-like material, which is made up of ice and dust,” Johnson said. “Iron metal and nitrogen ice each suggest wildly different conditions of planetary formation. There is no known solar system object with so much of both.”

Death of a Planetary System

When a star like our Sun expands into a bloated red giant late in its life, it will shed mass by puffing off its outer layers. One consequence of this can be the gravitational scattering of small objects like asteroids, comets, and moons by any remaining large planets. Like pinballs in an arcade game, the surviving objects can be thrown into highly eccentric orbits.

“After the red giant phase, the white dwarf star that remains is compact – no larger than Earth. The wayward planets end up getting very close to the star and experience powerful tidal forces that tear them apart, creating a gaseous and dusty disk that eventually falls onto the white dwarf’s surface,” Johnson explained.

The researchers are looking at the ultimate scenario for the Sun’s evolution, 5 billion years from now. Earth might be completely vaporized along with the inner planets. But the orbits of many of the asteroids in the main asteroid belt will be gravitationally perturbed by Jupiter and will eventually fall onto the white dwarf that the remnant Sun will become.

For over two years, the research group at UCLA, the University of California, San Diego, and the Kiel University in Germany, has worked to unravel this mystery by analyzing the elements detected on the white dwarf star cataloged as G238-44. Their analysis includes data from NASA’s retired Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), the Keck Observatory’s High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) in Hawaii, and the Hubble Space Telescope’s Cosmic Origins Spectrograph (COS) and Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).

The team’s results were presented at an American Astronomical Society (AAS) press conference on Wednesday, June 15, 2022.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.