Astronomer har upptäckt en stor planet i Neptunstorlek som kretsar runt en vit dvärgstjärna. Planeten är fyra gånger större än stjärnan, och den vita dvärgen verkar sakta förstöra planeten: värmen från den vita dvärgen förångar material från planetens atmosfär och bildar en kometliknande svans.
En vit dvärg är sluttillståndet för stjärnor som vår sol. När en solliknande stjärna går tom för bränsle expanderar den till en röd jätte. Under den fasen kastas mycket av stjärnmassan ut i rymden. Efter det är det som finns kvar en kompakt, relativt sval, vit dvärg.
En vit dvärg är mestadels en förbrukad kraft i stellar termer. Det är i sitt slutläge och släpper inte nära samma energi som det brukade. Men det är fortfarande tillräckligt strålande för att få atmosfären från planeten. Och det är vad som händer med stjärnan i den här studien, med namnet WDJ0914 + 1914.
Den vita dvärgen i denna studie var bland 10 000 undersökta av Sloan Digital Sky Survey (SDSS.) I arbetet med Sloan-data analyserade astronomer i Warwick ljuset från den vita dvärgen. Subtila men detekterbara ljusvariationer kom från systemet som gjorde det möjligt för astronomerna att identifiera de närvarande elementen.
De upptäckte små spikar i väte, syre och svavel. Vätet var ovanligt, eftersom vita dvärgar mestadels består av syre och kol, och syret och svavel hade aldrig sett förut i en situation som denna. De tittade närmare med Very Large Telescope (VLT) och fann att formen på de tre elementen indikerade närvaron av en gasring runt WDJ0914 + 1914.
"Ett sådant system har aldrig sett förut, och det var omedelbart klart för mig att detta var en unik stjärna."
Dr Boris Gaensicke, University of Warwick.
Först trodde forskarna att de såg en binär stjärna.
Dr Boris Gaensicke från University of Warwick är huvudförfattare till en av studierna. I ett pressmeddelande sa han ”Först trodde vi att detta var en binär stjärna med en ackretionsskiva bildad av massa som flödade mellan de två stjärnorna. Men våra observationer visar att det är en enda vit dvärg med en skiva runt den ungefär tio gånger storleken på vår sol, enbart tillverkad av väte, syre och svavel. Ett sådant system har aldrig sett förut, och det var omedelbart klart för mig att detta var en unik stjärna. ”
Efter ytterligare analys fann astronomerna att den vita dvärgen förvärvade syre och svavel från skivan. De kunde analysera skivans sammansättning och upptäckte att den matchar de djupare lagren av planeter i vårt eget solsystem som Neptunus och Uranus, båda isjättar.
Trots att fusionen upphörde för länge sedan är den vita dvärgen fortfarande cirka 28 000 Celsius. Det lägger ut tillräckligt med energi för att bombardera den osedda planeten och förångas bort materialet. Teamets beräkningar visar att cirka 3000 ton material avrivs bort på skivan varje sekund.
Dr. Gaensicke sa: "Denna stjärna har en planet som vi inte kan se direkt, men eftersom stjärnan är så varm förångar den planeten, och vi upptäcker den atmosfär som den förlorar."
"Denna upptäckt är stora framsteg eftersom vi under de senaste två decennierna hade ökande bevis för att planetsystem överlever i den vita dvärgstadiet."
DR. BORIS GAENSICKE, UNIVERSITY OF WARWICK.
Inte alla vita dvärgar är lika heta som den här. Det betyder att det förmodligen inte är möjligt att upptäcka planeter som kretsar runt dem med samma metod. Men det måste finnas fler av dem. I själva verket kan det finnas så många som 10 miljarder vita dvärgar i Vintergatan. Vilken procentandel av dem är tillräckligt heta för att planeter ska interagera med dem som den här är en öppen fråga.
"Det kan finnas många svalare vita dvärgar som har planeter men saknar de högenergi-fotonerna som är nödvändiga för att driva avdunstning, så vi skulle inte kunna hitta dem med samma metod," sa Dr. Gaensicke. "Men några av dessa planeter kan kännas igenom transiteringsmetoden när det stora synoptiska undersökningsteleskopet går på himlen." (Det teleskopet kan komma att namnges till Vera Rubin Survey Telescope.)
Det finns en växande mängd bevis som visar att planeter kan överleva i sin stjärnas vita dvärgfas. Denna upptäckt lägger vikt vid det beviset.
"Denna upptäckt är stora framsteg eftersom vi under de senaste två decennierna har ökat bevis för att planetsystem överlever i den vita dvärgstadiet," sade Dr. "Vi har sett många asteroider, kometer och andra små planetobjekt slå vita dvärgar och att förklara dessa händelser kräver större planetmassekroppar längre ut. Att ha bevis för en verklig planet som själv var spridd i är ett viktigt steg. ”
Enligt Dr. Matthias R. Schreiber, huvudförfattare till det andra uppsatsen, är systemet WDJ0914 + 1914 ett glimt av framtiden. "På något sätt ger WDJ0914 + 1914 oss en inblick i den mycket avlägsna framtiden för vårt eget solsystem."
Så småningom kommer vår sol att dela samma öde som denna vita dvärg. Det kommer att bli en röd jätte som expanderar och omsluter Merkurius, Venus och jorden. (Kanske till och med mars.) Efter det, cirka 6 miljarder år från och med nu, kommer det att bli en vit dvärg. Om gasjättarna och isjättarna i vårt solsystem migrerar tillräckligt nära stjärnan, kan deras material tappas bort till en skiva precis som WDJ0914 + 1914 gör med sin isjätt.
I en följeslagare påpekar astronomerna vad som kommer att hända. Vår framtida sol kommer att avge tillräckligt med högenergi-fotoner för att rensa bort material från Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptune. En del av den gasen kommer att ta sig in i skivan och sedan in i själva solen. Framtida astronomer, om det finns några, kommer att kunna se det på samma sätt som vi har.
Teamet kan också ha oavsiktligt hittat ett sätt att studera atmosfärerna av exoplaneter.
I pressmeddelandet kommenterade Dr. Schreiber: ”Vi blev bedövade när vi insåg att när vi observerar heta vita dvärgar, så ser vi potentiellt signaturer från extrasolära planetatmosfärer. Medan denna hypotese behöver ytterligare bekräftelse, kan den verkligen öppna dörrarna för att förstå extrasolära planetatmosfärer. ”
Det är andra gången astronomer hittar en planet på en oväntad plats. I november fann astronomer som använder TESS-data en planet som kretsar runt en röd jätte. I båda dessa fall borde alla planeter i dessa positioner ha förstörts när deras stjärnor expanderade till röda jättar.
Men nu när två har upptäckts är det troligt att det kommer att finnas fler, många fler. I det andra uppsatsen drar författarna en hastighet av 1 av 10 000 vita dvärgar som avlägsnar atmosfären från planeter. Om det finns 10 miljarder vita dvärgar i Vintergatan, skulle det finnas 1 miljon av dem med planeter som kallt upptäcks spektroskopiskt. Och det kommer säkert att omforma vår förståelse för hur solsystem utvecklas.
Astronomer vid University of Warwick i Storbritannien och University of Valparaiso i USA gjorde upptäckten. Deras forskning publicerades i två artiklar. Ett papper har titeln "Accretion of a giant planet on a white dwarf star" och publicerades i Nature. Det andra uppsatsen heter "Cold Giant Planets Evaporated by Hot White Dwarfs" och publicerades i Astrophysical Journal Letters.
Mer:
- Pressmeddelande: Dold jätteplanet avslöjades kring den lilla vita dvärgstjärnan
- Forskningsdokument: Cold Giant Planets Evaporated by Hot White Dwarfs
- Forskningsdokument: Anslutning av en jätteplanet till en vit dvärgstjärna
- Rymdmagasinet: Det verkar omöjligt, men på något sätt överlevde denna planet sin stjärnas röda jättefas
