science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Zware metalen planeetfragment overleeft vernietiging door dode ster

Een planetair fragment draait om de ster SDSS J122859.93+104032.9, een staart van gas in zijn kielzog achterlatend. Krediet:Universiteit van Warwick/Mark Garlick

Een fragment van een planeet die de dood van zijn ster heeft overleefd, is ontdekt door astronomen van de Universiteit van Warwick in een schijf van puin gevormd door vernietigde planeten, die de ster uiteindelijk verbruikt.

Het ijzer- en nikkelrijke planetesimal overleefde een systeembrede catastrofe die volgde op de dood van zijn gastheerster, SDSS J122859.93+104032.9. Aangenomen dat het ooit deel uitmaakte van een grotere planeet, zijn overleving is des te verbazingwekkender omdat hij dichter bij zijn ster draait dan eerder voor mogelijk werd gehouden, eens in de twee uur er omheen.

De vondst, gerapporteerd in het journaal Wetenschap , is de eerste keer dat wetenschappers spectroscopie hebben gebruikt om een ​​vast lichaam te ontdekken in een baan rond een witte dwerg, subtiele variaties in het uitgestraalde licht gebruiken om extra gas te identificeren dat het planetesimal genereert.

Met behulp van de Gran Telescopio Canarias op La Palma, de wetenschappers bestudeerden een puinschijf die op een afstand van 410 lichtjaar in een baan om een ​​witte dwerg draait, gevormd door de verstoring van rotsachtige lichamen bestaande uit elementen zoals ijzer, magnesium, silicium, en zuurstof - de vier belangrijkste bouwstenen van de aarde en de meeste rotsachtige lichamen. In die schijf ontdekten ze een ring van gas die uit een vast lichaam stroomde, als de staart van een komeet. Dit gas kan worden gegenereerd door het lichaam zelf of door stof te verdampen wanneer het botst met klein vuil in de schijf.

De astronomen schatten dat dit lichaam minstens een kilometer groot moet zijn, maar kan wel een diameter van een paar honderd kilometer hebben, vergelijkbaar met de grootste asteroïden die bekend zijn in ons zonnestelsel.

Witte dwergen zijn de overblijfselen van sterren zoals onze zon die al hun brandstof hebben verbrand en hun buitenste lagen hebben afgeworpen, waardoor een dichte kern achterblijft die na verloop van tijd langzaam afkoelt. Deze specifieke ster is zo dramatisch gekrompen dat de planetesimal binnen de oorspronkelijke straal van zijn zon draait. Er zijn aanwijzingen dat het ooit deel uitmaakte van een groter lichaam verder weg in zijn zonnestelsel en waarschijnlijk een planeet is geweest die uit elkaar werd gescheurd toen de ster aan zijn afkoelingsproces begon.

Hoofdauteur Dr. Christopher Manser, een onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde, zei:"De ster zou oorspronkelijk ongeveer twee zonsmassa's zijn geweest, maar nu is de witte dwerg slechts 70% van de massa van onze zon. Het is ook erg klein - ongeveer zo groot als de aarde - en dit maakt de ster, en in het algemeen alle witte dwergen, extreem dicht.

"De zwaartekracht van de witte dwerg is zo sterk - ongeveer 100, 000 keer die van de aarde - dat een typische asteroïde door de zwaartekracht uit elkaar wordt gescheurd als hij te dicht bij de witte dwerg komt."

Professor Boris Gaensicke, co-auteur van het departement Natuurkunde, voegt eraan toe:"Het planetesimaal dat we hebben ontdekt, bevindt zich diep in de zwaartekrachtbron van de witte dwerg, veel dichterbij dan we zouden verwachten om iets nog levends te vinden. Dat is alleen mogelijk omdat het zeer dicht moet zijn en / of zeer waarschijnlijk interne kracht moet hebben die het bij elkaar houdt, daarom stellen we voor dat het grotendeels uit ijzer en nikkel bestaat.

"Als het puur ijzer was, zou het kunnen overleven waar het nu leeft, maar het kan evengoed een lichaam zijn dat rijk is aan ijzer, maar met interne kracht om het bij elkaar te houden, wat consistent is met het planetesimal dat een vrij massief fragment van een planeetkern is. Indien correct, het oorspronkelijke lichaam had een diameter van minstens honderden kilometers, omdat het pas op dat moment is dat planeten beginnen te differentiëren - zoals olie op water - en zwaardere elementen laten zinken om een ​​metalen kern te vormen."

De ontdekking biedt een hint over welke planeten zich in andere zonnestelsels kunnen bevinden, en een kijkje in de toekomst van onszelf.

Dr. Christopher Manser zei:"Naarmate sterren ouder worden, groeien ze uit tot rode reuzen, die een groot deel van het binnenste deel van hun planetenstelsel 'opruimen'. In ons zonnestelsel, de zon zal uitbreiden tot waar de aarde momenteel draait, en zal de aarde wegvagen, Kwik, en Venus. Mars en verder zullen overleven en zullen verder wegtrekken.

"De algemene consensus is dat over 5 à 6 miljard jaar, ons zonnestelsel zal een witte dwerg zijn in plaats van de zon, in een baan om Mars, Jupiter, Saturnus, de buitenste planeten, evenals asteroïden en kometen. Zwaartekrachtinteracties zullen waarschijnlijk plaatsvinden in dergelijke overblijfselen van planetaire systemen, wat betekent dat de grotere planeten de kleinere lichamen gemakkelijk in een baan kunnen duwen die ze dicht bij de witte dwerg brengt, waar ze worden versnipperd door zijn enorme zwaartekracht.

"Leren over de massa's van asteroïden, of planetaire fragmenten die een witte dwerg kunnen bereiken, kunnen ons iets vertellen over de planeten waarvan we weten dat ze verder weg in dit systeem moeten zijn, maar we hebben momenteel geen manier om te detecteren.

"Onze ontdekking is pas de tweede vaste planetesimaal gevonden in een strakke baan rond een witte dwerg, met de vorige die werd gevonden omdat puin dat voor de ster passeerde een deel van zijn licht blokkeerde - dat is de 'transit-methode'' die veel wordt gebruikt om exoplaneten rond zonachtige sterren te ontdekken. Om dergelijke transits te vinden, de geometrie waaronder we ze bekijken moet heel fijn worden afgestemd, wat betekent dat elk systeem dat meerdere uren wordt geobserveerd, meestal tot niets leidt. De spectroscopische methode die we in dit onderzoek hebben ontwikkeld, kan planetesimalen in de buurt detecteren zonder dat een specifieke uitlijning nodig is. We kennen al verschillende andere systemen met puinschijven die erg lijken op SDSS J122859.93+104032.9, die we hierna zullen bestuderen. We zijn ervan overtuigd dat we nog meer planetesimalen zullen ontdekken die rond witte dwergen draaien, waardoor we meer te weten kunnen komen over hun algemene eigenschappen."