Vårt solsystemers historia är prickad med kollisioner. Kollisioner hjälpte till att skapa de jordiska planeterna och avslutade dinosauriernas regeringstid. Och en massiv kollision mellan Jorden och en forntida kropp med namnet Theia skapade sannolikt månen.
Nu har astronomer funnit bevis för en kollision mellan två exoplaneter i ett avlägset solsystem.
Vårt solsystem är en relativt lugnande plats nu, jämfört med dess yngre år. Om vi vill se planeter kollidera, måste vi se till avlägsna system. Det var vad ett team av astronomer gjorde när de pekade Spitzer Space Telescope och markobservatorierna på BD +20 307, ett dubbelstjärnsystem ungefär 300 ljusår bort.
Stjärnorna i det systemet är ungefär en miljard år gamla, tillräckligt gamla för att saker och ting har sett sig ner så långt kollisioner går. Men när de tittade på det för ungefär ett decennium sedan såg de virvlande skräp som var varmare än de förväntade sig. I ett system med miljarder år gamla stjärnor borde alla skräp ha svalnat nu, så dess närvaro antyder en nyare kollision.
Dessa observationer är ett decennium gamla, och nyare använde astronomer SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) för att ta en ny titt på BD +20 307-systemet. De fann att den infraröda ljusstyrkan hos skräp hade ökat med cirka 10%, vilket indikerar att det finns ännu mer varmt skräp i systemet.
"Med tanke på den mogna åldern på BD +20 307 är det extremt ovanligt att systemet har så stora mängder varmt damm inom ~ 1 au."
Från “Studera utvecklingen av varmt damm som omger BD +20 307 med SOFIA”
Dessa resultat publiceras i Astrophysical Journal. Huvudförfattaren är Maggie Thompson, en doktorand vid UC Santa Cruz. Uppsatsens titel är "Studera utvecklingen av varmt damm som omger BD +20 307 med SOFIA."
"Det varma dammet kring BD +20 307 ger oss en inblick i vilken katastrofala påverkan mellan steniga exoplaneter kan vara," sa Thompson. "Vi vill veta hur detta system sedan utvecklas efter extrem påverkan."
Vårt solsystem har samlingar av steniga skräp som asteroidbältet. Men det är gamla, kalla skräp, resultatet av forntida kollisioner. Det är också längre bort från solen än skräpskivan i BD +20 307 är. Om en avlägsen civilisation tittade på vårt solsystem skulle de mäta solens ålder och platsen och temperaturen på det steniga skräpet och det skulle vara meningsfullt.
"Detta är en sällsynt möjlighet att studera katastrofala kollisioner som inträffar sent i planetens systems historia."
Alycia Weinberger, Lead Investigator.
Men i BD +20 307-systemet räcker det inte med något. Det borde bara inte vara så mycket damm så varmt, så nära de binära stjärnorna. Om massiva kollisioner mellan planeter bara inträffar under de kaotiska början av solsystemets liv, skulle det dammet ha försvunnit för länge sedan. Dammet avlägsnas vanligtvis genom kollisionskaskad, där upprepade kollisioner kontinuerligt bryter upp berg i mindre och mindre bitar. Så småningom är bitarna så små att strålningstrycket från stjärnorna blåser bort dem.
"Detta är ett sällsynt tillfälle att studera katastrofala kollisioner som inträffar sent i planetens systems historia," sade Alycia Weinberger, personalforskare vid Carnegie Institution for Science Department of Terrestrial Magnetism i Washington, och ledande utredare för projektet. "SOFIA-observationerna visar förändringar i den dammiga disken på en tidsskala på bara några år."
Det finns andra möjliga förklaringar till detta varma damm. Det kan vara att närma sig stjärnorna och ta upp mer energi. Men det kommer troligtvis inte att inträffa på bara tio år, vilket bara är ett kort ögonblick i astronomiska termer. Det är också osannolikt eftersom när dammkornstorleken minskar genom kollisionskaskad är det mer troligt att dammet släpps ut av solstrålning.
Det finns en annan process som styr dammbeteende runt en stjärna. Det kallas Poynting-Robertson-effekten. Det är en typ av drag som kan orsaka partiklar som är för stora för att blåsas bort av solstrålning för att spiral in i stjärnan. När dammet rör sig närmare stjärnan blir det varmare.
I sina artiklar diskuterar författarna vissa andra möjligheter. Båda stjärnorna i detta system är stjärnor av F-typ, som vanligtvis inte är variabla. Men i binära par kan de vara det, även om deras variation varierar med åldern.
Om det finns variation i en eller båda stjärnorna, och om skräpskivan som omger stjärnorna är lutande relativt stjärnbanans kretsplan, kan det orsaka den uppvärmande skräpskivan. Om heta fläckar på stjärnorna genererar fler röntgenstrålar, och om skräpskivan lutar, kan det orsaka det uppvärmande skräpet som astronomerna har upptäckt.
Författarna säger att fler observationer behövs innan det finns en bestämd slutsats. Men just nu passar en planetkollision bäst bevisen. Och det betyder att det finns en verklig möjlighet här. Som de säger i slutet av sitt papper, "Att förstå BD +20 307 och andra system som det med extremt dammiga skräpskivor kan främja vår kunskap om katastrofala kollisioner, effekterna av binära stjärnor på skräpskivor och utvecklingen av planetariska system."
Mer:
- Pressmeddelande: När exoplaneter kolliderar
- Forskningsdokument: Studera utvecklingen av varm dammomkretsning BD +20 307 med SOFIA
- Wikipedia: Circumstellar Debris Disk