När stjärnor som vår sol avgör sitt vätebränsle, kommer de in i den så kallade RGB-fasen. Detta kännetecknas av att stjärnan expanderar till flera gånger den ursprungliga storleken, varefter de tappar sina yttre lager och blir kompakta vita dvärgar. Under de närmaste miljarder åren tros dessa stjärnor långsamt konsumera alla föremål och dammringar som fortfarande är tillräckligt nära för att påverkas av deras allvar.
Emellertid gjorde en medborgarevetenskapsman Melina Thévenot nyligen en överraskande upptäckt när han observerade ett vitt dvärgsystem. Baserat på data från WISE-uppdraget Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) har denna stjärna varit en vit dvärg i miljarder år, men har fortfarande flera dammringar runt sig. Känd som LSPM J0207 + 3331 (eller J0207), denna upptäckt kan tvinga forskare att ompröva modeller av planetariska system.
Upptäckten gjordes genom Backyard Worlds: Planet 9, ett projekt som leddes av Marc Kuchner (en astrofysiker vid NASA: s Goddard Space Flight Center) som förlitar sig på frivilliga att sortera genom WISE-data för nya upptäckter. Beläget omkring 145 ljusår bort i konstellationen Capricornus misstänker astronomer att J0207 kan vara det första kända exemplet på en vit dvärg med flera dammringar och den äldsta.
Upptäckten var också föremål för en ny studie publicerad i The Astrophysical Journal (“En 3 Gyr vit dvärg med varmt damm upptäckt via Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project”). Som John Debes, en astronom vid Space Telescope Science Institute i Baltimore och huvudförfattaren på papperet, avslöjade i ett nyligen pressmeddelande från NASA:
”Den här vita dvärgen är så gammal att den process som matar material i sina ringar måste fungera på miljarder årstider. De flesta modeller som forskare har skapat för att förklara ringar runt vita dvärgar fungerar bara bra upp till cirka 100 miljoner år, så denna stjärna utmanar verkligen våra antaganden om hur planetsystem utvecklas. ”
Stjärnan upptäcktes av NASA: s Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -uppdrag som tog upp en stark infraröd signal, vilket tyder på förekomsten av damm. Baserat på den hastighet som vita dvärgstjärnor svalnar med tiden beräknade Debes team utifrån dess yttemperaturer - drygt 5 800° C (10 500)° F) - att J0207 har varit i sin vita dvärgfas i cirka 3 miljarder år.
Dessa nya fynd strider mot vad astronomer har misstänkt under en tid om utvecklingen av stjärnsystem. Tidigare har astronomer observerat hur planeter och asteroider som överlever en stjärns RGB-fas kommer att flytta längre bort efter att de har gått in i sin vita dvärgfas. Detta beror på att stjärnan har tappat mycket av sin massa och därför dess gravitationspåverkan på omgivande föremål.
Astronomer räknar med att det är detta som kommer att hända med vårt solsystem om cirka 5 miljarder år. Efter att ha expanderat för att omfatta Venus, Mercury och Earth kommer vår sol att förlora sina yttre lager och bli en vit dvärg. Vid denna tidpunkt kommer de återstående planeterna och föremålen (som sannolikt kommer att inkludera huvudsteroidbältet, gasjättarna och Kuiper Belt) att driva utåt.
I 1 till 4% av fallen har vita dvärgar emellertid visat infraröda utsläpp som indikerar att de är omgivna av dammskivor eller ringar. Forskare teoretiserar att detta kan vara ett resultat av att asteroider och kometer sparkas från bälten genom gravitationsinteraktion med förskjutna planeter och skickas mot stjärnan. När dessa kroppar närmar sig den vita dvärgen, slits de isär av tidvattenstörningar orsakade av stjärnans starka gravitation.
Det resulterande skräpet skulle då bilda en dammig ring som långsamt faller inåt och fästs på stjärnans yta. I alla tidigare fall har dock dammskivor och ringar endast observerats runt vita dvärgar som var ungefär en miljard år gamla. Detta verkade vara förenligt med uppfattningen att äldre vita dvärgar effektivt hade tappat ut tillgången på asteroider och de resulterande dammringarna.
Denna senaste upptäckt gör J0207 till den äldsta och kallaste vita dvärgen med damm som någonsin har observerats. När hon först märkte J0207: s infraröda signaler tyckte Melina Thévenot att det var dålig data. Då hade hon letat igenom Europeiska rymdorganisationen Gaia uppdragsarkiv för bruna dvärgar, som knappt kan upptäckas utöver deras infraröda utsläpp.
Efter att ha konsulterat WISE-infraröd data, insåg hon att det var för ljust och avlägset för att vara en brun dvärg. Thévenot vidarebefordrade dessa resultat till teamet Backyard Worlds: Planet 9, som sedan erhöll uppföljningsobservationer från W. M. Keck-observatoriet på Hawaii. Som Thévenot förklarade:
”Det är en riktigt motiverande aspekt av sökningen. Forskarna kommer att flytta sina teleskop för att titta på världar du har upptäckt. Men det som jag särskilt tycker om är interaktionen med det fantastiska forskarteamet. Alla är väldigt snälla och de försöker alltid göra det bästa av våra upptäckter. ”
Dessutom misstänker Debes och hans kollegor att J0207 till och med kan ha ett system med ringar. De föreslår i sin studie att detta skulle bestå av två distinkta komponenter: en tunn ytterring där den vita dvärgens gravitation bryter upp asteroiderna och en bredare ring närmare stjärnan. Dessa nya observationer kommer sannolikt att tvinga astronomer att ompröva sina modeller för hur planetsystem utvecklas.
"Vi byggde Backyard Worlds: Planet 9 mest för att söka efter bruna dvärgar och nya planeter i solsystemet," sade Kuchner. ”Men att arbeta med medborgare forskare leder alltid till överraskningar. De är gluggiga - projektet firade just sin andra födelsedag och de har redan upptäckt mer än 1 000 troliga bruna dvärgar. Nu när vi har startat om webbplatsen med dubbelt så mycket WISE-data ser vi fram emot ännu mer spännande upptäckter. "
Förutom att tvinga en omprövning av hur planetariska system utvecklas över tid, kan denna forskning ge ledtrådar om framtiden för vårt eget solsystem. När vår sol har blivit en vit dvärg kommer den sannolikt att spendera de närmaste miljarder åren på att konsumera asteroider och KBO: er som kastas ut ur deras bälten av de överlevande gasjättarna. Enligt den senaste studien kan den också ha en ring av damm omkring flera miljarder år senare.
Och även om denna upptäckt var en välsignelse för astronomer, den visar också vad som är möjligt tack vare samarbeten mellan vetenskapliga organisationer och medborgarforskare. Under exoplanetens ålder och avancerad astronomi gör den stora mängden data sådana samarbeten inte bara nödvändiga utan också mycket lukrativa.
