Door astronomen van de University of Warwick zijn overblijfselen van planeten met aardachtige korsten ontdekt in de atmosfeer van vier nabijgelegen witte dwergsterren. en biedt een glimp van de planeten die er misschien ooit omheen draaiden, tot miljarden jaren geleden.

Deze korsten zijn afkomstig van de buitenste lagen van rotsachtige planeten die vergelijkbaar zijn met de aarde en Mars en zouden astronomen meer inzicht kunnen geven in de chemie van de planeten die deze stervende sterren ooit herbergden.

De ontdekking wordt vandaag gerapporteerd in het tijdschrift Natuurastronomie en omvat een van de oudste planetenstelsels die astronomen tot nu toe hebben gezien.

Het door de Universiteit van Warwick geleide team analyseerde gegevens van de Gaia-telescoop van de European Space Agency van meer dan 1, 000 nabije witte dwergsterren toen ze een ongewoon signaal van een bepaalde witte dwerg tegenkwamen. De onderzoekers van de University of Warwick ontvingen financiering van de European Research Council en de Science and Technology Facilities Council (STFC).

Ze gebruikten spectroscopie om het licht van de ster op verschillende golflengten te analyseren, waarmee ze kunnen detecteren wanneer elementen in de atmosfeer van de ster licht van verschillende kleuren absorberen en bepalen welke elementen dat zijn en hoeveel aanwezig is. Ze inspecteerden ook de 30, 000 witte dwergspectra van de Sloan Digital Sky Survey die de afgelopen 20 jaar zijn gepubliceerd.

Het signaal kwam overeen met de golflengte van lithium en de astronomen ontdekten al snel nog drie witte dwergen met hetzelfde signaal, waarvan er één ook werd waargenomen met kalium in de atmosfeer. Door de hoeveelheid lithium en kalium te vergelijken met de andere elementen die ze ontdekten - natrium en calcium - ontdekten ze dat de verhouding van de elementen overeenkwam met de chemische samenstelling van de korst van rotsachtige planeten zoals de aarde en Mars, als die korsten en gedurende 2 miljoen jaar verdampt en gemengd zijn in de gasvormige buitenste lagen van de ster.

Hoofdauteur Dr. Mark Hollands van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Warwick zei:"In het verleden, we hebben allerlei dingen gezien, zoals mantel en kernmateriaal, maar we hebben geen definitieve detectie van planetaire korst gehad. Lithium en kalium zijn goede indicatoren voor korstmateriaal, ze zijn niet in hoge concentraties aanwezig in de mantel of kern.

"Nu weten we naar welke chemische handtekening we moeten zoeken om deze elementen te detecteren, we hebben de mogelijkheid om naar een enorm aantal witte dwergen te kijken en er meer te vinden. Dan kunnen we kijken naar de verdeling van die signatuur en zien hoe vaak we deze planetaire korsten detecteren en hoe dat zich verhoudt tot onze voorspellingen."

De buitenste lagen van de witte dwergen bevatten tot 300, 000 gigaton rotsachtig puin, die tot 60 gigaton lithium en 3, 000 gigaton kalium, gelijk aan een bol van 60 km met een vergelijkbare dichtheid als de aardkorst. De hoeveelheid gedetecteerd korstmateriaal is qua massa vergelijkbaar met die van de asteroïden die we in ons eigen zonnestelsel zien, waardoor de astronomen geloven dat wat ze rond alle vier de sterren zien, materiaal is dat is afgebroken van een planeet, in plaats van een hele planeet zelf.

Eerdere waarnemingen van witte dwergen hebben bewijs gevonden van materiaal uit de binnenkern en de mantel van planeten, maar geen definitief bewijs van korstmateriaal. Korst is een klein deel van de massa van een planeet en de elementen die in dit onderzoek zijn gedetecteerd, zijn alleen waarneembaar als de ster erg koel is. Witte dwergen bevinden zich in de stervensfase van hun levenscyclus, omdat ze hun brandstof hebben opgebrand en gedurende miljarden jaren zijn afgekoeld. Men denkt dat deze vier witte dwergen hun brandstof tot 10 miljard jaar geleden hebben verbrand en mogelijk een van de oudste witte dwergen zijn die in onze melkweg zijn gevormd.

Co-auteur Dr. Pier-Emmanuel Tremblay van de Universiteit van Warwick zei:"In één geval we kijken naar planeetvorming rond een ster die werd gevormd in de Galactische halo, 11-12,5 miljard jaar geleden, daarom moet het een van de oudste tot dusver bekende planetenstelsels zijn. Een ander van deze systemen vormde zich rond een kortlevende ster die aanvankelijk meer dan vier keer de massa van de zon was, een recordbrekende ontdekking die belangrijke beperkingen oplegt aan hoe snel planeten zich rond hun gastheersterren kunnen vormen."

Onder de oudste van deze witte dwergen, één is 70% massiever dan gemiddeld en dus zou zijn enorme massa er normaal gesproken voor zorgen dat elk materiaal in zijn atmosfeer relatief snel verdwijnt, waardoor de astronomen tot de conclusie kwamen dat het het korstmateriaal van een omringende puinschijf moet aanvullen. Verder, de astronomen ontdekten meer infrarood licht dan alleen voor de witte dwerg werd verwacht, wat aangeeft dat een schijf wordt verwarmd door zijn ster en vervolgens opnieuw wordt uitgestraald met langere golflengten.

Dr. Hollands voegt toe:"Zoals we het begrijpen, rotsachtige planeetvorming gebeurt op een vergelijkbare manier in verschillende planetaire systemen. aanvankelijk, ze zijn gevormd uit een vergelijkbare materiaalsamenstelling als de ster, maar na verloop van tijd scheiden die materialen zich en krijg je verschillende chemische samenstellingen in verschillende delen van de planeten. We kunnen zien dat op een gegeven moment deze objecten differentiatie hebben ondergaan, waarbij de samenstelling verschilt van de uitgangssamenstelling van de ster.

"Het is nu algemeen bekend dat de meeste normale sterren zoals de zon planeten herbergen, maar nu is er de mogelijkheid om ook naar de frequentie van verschillende soorten materiaal te kijken."