Tråkigt faktum för universum är att alla stjärnor kommer att dö, så småningom. Och när de gör det, vad händer med deras barn? Vanligtvis är prognosen för planeterna kring en döende stjärna inte bra, men en ny studie säger att vissa faktiskt kan överleva.
En grupp astronomer har tittat närmare på vad som händer när stjärnor, som vår sol till exempel, blir vita dvärgar sent i livet. När det visar sig kan tätare planeter som Jorden överleva händelsen. Men bara om de är på rätt avstånd.
Denna nya forskning kommer från astronomer inom astronomi- och astrofysikgruppen vid University of Warwick. Deras papper publicerades i de månatliga meddelandena från Royal Astronomical Society. Titeln är "Orbital avkoppling och excitation av planeter som tidigt interagerar med vita dvärgar."
En vit dvärg är det slutliga tillståndet för en stjärna som inte är tillräckligt massiv för att bli en neutronstjärna. I vår Vintergata blir cirka 97% av stjärnorna vita dvärgar.
"Uppsatsen är en av de första dedikerade studier som undersöker tidvatteneffekter mellan vita dvärgar och planeter."
Dr. Dimitri Veras, University of Warwick.
När en stjärna tappar ut sitt bränsle och blir en vit dvärg, är det inte en mild övergång. Stjärnan blåser av sina yttre gasskikt och de bildar en planetnebulosa. Alla kretsande planeter kan strimlas kraftigt av denna kataklysmiska gasformiga utvisning.
Efter det kommer alla överlevande kroppar att utsättas för massiva tidvattenkrafter som skapas när stjärnan kollapsar i dess supertäta vita dvärgstillstånd. Tidvattenkrafterna kunde driva alla kretsande planeter i nya banor, eller till och med mata ut dem helt från solsystemet.
Att sammansätta detta förstörande scenario är dödliga röntgenutsläpp. Om några av de kretsande kropparna förstörs eller avlägsnas av material kan det materialet falla in i stjärnan, vilket får den vita dvärgen att avge röntgenstrålar. Det är svårt att föreställa sig något liv som överlever en stjärns övergång till en vit dvärg, men om vissa gjorde det på något sätt, skulle röntgenstrålarna vara statens statskupp. I alla fall är miljön runt en vit dvärg inte ett trevligt ställe att vara.
Enligt den nya studien kan vissa planeter överleva denna dödliga miljö, om de är tillräckligt täta och om de är på rätt avstånd.
Deras överlevnad hänger på något som kallas "förstöringsradie." Förstörningsradie är "avståndet från stjärnan där ett föremål som endast hålls samman av sin egen tyngdkraft kommer att sönderdelas på grund av tidvattenkrafter", enligt ett pressmeddelande. Om några planeter förstörs av den vita dvärgen, kommer den skräpringen att bildas inom förstöringsradie.
Studien visar också att ju mer massiv en planet är, desto mindre troligt är det att överleva de nya tidvatteninteraktionerna i sitt solsystem. En mindre massiv planet buffras av samma krafter, men dess lägre massa kan tillåta den att överleva.
Varje planets överlevnad är komplicerad och beror på ett antal faktorer, som dess massa och dess placering relativt förstörningsradie. Men det beror också på en planets viskositet. En typ av exoplanet som kallas en "exo-jorden med låg viskositet" kan sväljas av stjärnan även om de är inom fem gånger avståndet från den vita dvärgens centrum och dess förstörningsradie. (Enceladus är ett bra exempel på en kropp med låg viskositet.)
Det finns också "exo-Earths med hög viskositet" som lätt kan sväljas om de är belägna på avstånd två gånger avskiljningen mellan den vita dvärgens centrum och dess förstörningsradie. En exo-jord med hög viskositet är en planet med en tät kärna som består helt av tyngre element.
Huvudförfattaren till uppsatsen är Dr. Dimitri Veras från University of Warwicks Department of Physics. Dr. Veras sade: ”Uppsatsen är en av de första dedikerade studierna som undersöker tidvatteneffekter mellan vita dvärgar och planeter. Denna typ av modellering kommer att ha ökad relevans under de kommande åren, när ytterligare steniga kroppar troligen kommer att upptäckas nära vita dvärgar. "
Dr. Veras är snabb att påpeka gränserna för denna forskning. Det gäller endast homogena planeter. Det betyder planeter vars struktur är densamma, snarare än en planet som Jorden, med flera lager i sin struktur. Att modellera planeter som Jorden är extremt komplicerat.
"Vår studie, även om den är sofistikerad i flera avseenden, behandlar bara homogena steniga planeter som är konsekventa i deras struktur genomgående," sade Dr Veras. "En flerskiktsplanet, som Jorden, skulle vara betydligt mer komplicerad att beräkna men vi undersöker genomförbarheten att göra det också."
"... vår studie visar att steniga planeter kan överleva tidvatteninteraktioner med den vita dvärgen på ett sätt som pressar planeterna något utåt."
Dr. Dimitri Veras, University of Warwick.
Studien påpekar komplexiteten i att bestämma ett säkert avstånd från en vit dvärgstjärna. Men det kommer alltid att vara ett säkert avstånd. För en stenig, homogen planet borde den kunna motstå uppsvulmning och överleva tidvattenkrafterna om den är belägen på avstånd från den vita dvärgen "ungefär en tredjedel av avståndet mellan Merkurius och solen" enligt studien.
Denna studie kommer att hjälpa till att forma hur astronomer jagar efter exoplaneter runt vita dvärgstjärnor. Och eftersom vita dvärgstjärnor är så rikliga, är studiens användbarhet garanterad.
"Vår studie uppmanar astronomer att leta efter steniga planeter nära - men strax utanför - förstöringsradie för den vita dvärgen," sade Dr. Hittills har observationer fokuserat på denna inre region, men vår studie visar att steniga planeter kan överleva tidvattnet interaktion med den vita dvärgen på ett sätt som skjuter planeterna något utåt. ”
Dr. Veras säger att deras studie också informerar sökningen efter exoplaneter runt vita dvärgar genom att leta efter en exoplanets geometriska signatur på skräpskivan. Det är ett välkänt faktum att kroppar i en skräpring eller i en protoplanetärisk skiva kan lämna sitt märke i ringen och signalera deras närvaro till avlägsna observatörer.
”Astronomer bör också leta efter geometriska signaturer på kända skräpskivor. Dessa signaturer kan vara ett resultat av gravitationella störningar från en planet som ligger precis utanför förstörningsradie, "sade Dr." I dessa fall skulle skivorna ha bildats tidigare genom att krossa asteroider som periodvis närmar sig och kommer in i förstöringsradie av den vita dvärgen. ”
Med kraftfullare teleskop som kommer online under de närmaste åren, och med sökandet efter exoplaneter som springer upp, hoppas teamet bakom papperet att deras arbete kommer att hjälpa planetjägare att undersöka vita dvärgsystem framgångsrikt.
