Rotsachtige planeten die rond rode dwergsterren draaien, kunnen kurkdroog en levenloos zijn, volgens een nieuwe studie met behulp van NASA's Hubble Space Telescope. Water en organische verbindingen, essentieel voor het leven zoals we het kennen, kunnen worden weggeblazen voordat ze het oppervlak van jonge planeten kunnen bereiken.

Deze hypothese is gebaseerd op verrassende waarnemingen van een snel eroderende stof- en gasschijf die de jonge, nabije rode dwergster AU Microscopii (AU Mic) van Hubble en de Very Large Telescope (VLT) van de European Southern Observatory in Chili. Planeten worden geboren in schijven zoals deze.

Rode dwergen, die kleiner en zwakker zijn dan onze zon, zijn de meest voorkomende en langstlevende sterren in de melkweg.

Snel bewegende klodders materiaal lijken deeltjes uit de AU Mic-schijf te werpen. Als de schijf in dit snelle tempo blijft dissiperen, het zal over ongeveer 1,5 miljoen jaar verdwenen zijn. In die korte tijd, ijzig materiaal van kometen en asteroïden zou uit de schijf kunnen worden verwijderd. Kometen en asteroïden zijn belangrijk omdat wordt aangenomen dat ze rotsachtige planeten zoals de aarde hebben bezaaid met water en organische verbindingen, de chemische bouwstenen voor het leven. Als hetzelfde transportsysteem nodig is voor planeten in het AU Mic-systeem, dan kunnen ze uiteindelijk "droog" en stoffig worden - onherbergzaam voor het leven zoals wij dat kennen.

"De aarde, wij weten, gevormd 'droog, ' met een hete, gesmolten oppervlak, en aangegroeid atmosferisch water en andere vluchtige stoffen gedurende honderden miljoenen jaren, verrijkt met ijzig materiaal van kometen en asteroïden getransporteerd vanuit het buitenste zonnestelsel, " zei mede-onderzoeker Glenn Schneider van Steward Observatory in Tucson, Arizona.

De waarnemingen worden geleid door John Wisniewski van de Universiteit van Oklahoma in Norman, wiens team bestaat uit 14 astronomen uit de VS en Europa.

Als de activiteit rond AU Mic typerend is voor het planeetgeboorteproces bij rode dwergen, het zou de vooruitzichten op bewoonbare werelden in onze melkweg verder kunnen verminderen. Eerdere waarnemingen suggereren dat een stortvloed van ultraviolet licht van jonge rode dwergsterren de atmosfeer van planeten die in een baan om de aarde draaien snel weghaalt. Deze specifieke ster is slechts 23 miljoen jaar oud.

Onderzoeken hebben aangetoond dat terrestrische planeten veel voorkomen rond rode dwergen. In feite, ze zouden het grootste deel van de planeetbevolking van onze melkweg moeten bevatten, die tientallen miljarden werelden zou kunnen tellen. Er zijn planeten gevonden in de bewoonbare zone van verschillende nabijgelegen rode dwergen, maar hun fysieke kenmerken zijn grotendeels onbekend.

Uitgeblazen door Blobs

Waarnemingen door Hubble's Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) en de VLT laten zien dat de AU Mic circumstellaire schijf wordt opgegraven door snel bewegende klodders circumstellair materiaal, die zich als een sneeuwploeg gedragen door kleine deeltjes - die mogelijk water en andere vluchtige stoffen bevatten - uit het systeem te duwen. Onderzoekers weten nog niet hoe de blobs zijn gelanceerd. Eén theorie is dat krachtige massa-ejecties van de turbulente ster ze hebben verdreven. Dergelijke energetische activiteit komt veel voor bij jonge rode dwergen.

"Deze waarnemingen suggereren dat waterdragende planeten zeldzaam kunnen zijn rond rode dwergen omdat alle kleinere lichamen die water en organische stoffen transporteren, worden uitgeblazen als de schijf wordt opgegraven, " verklaarde Carol Grady van Eureka Scientific in Oakland, Californië, mede-onderzoeker van de Hubble-waarnemingen.

Conventionele theorie stelt dat de aarde miljarden jaren geleden werd gevormd als een relatief droge planeet. Door zwaartekracht verstoorde asteroïden en kometen, rijk aan water uit het koelere buitenste zonnestelsel, bombardeerde de aarde en bezaaide het oppervlak met ijs en organische verbindingen. "Echter, dit proces werkt mogelijk niet in alle planetenstelsels, ' zei Grady.

Het team bepaalde de levensduur van de schijf door gebruik te maken van een geschatte massa van de schijf uit een onafhankelijk onderzoek. evenals het berekenen van de massa van de ontsnappende klodders in hun STIS zichtbaar-lichtgegevens. De massa van elke klodder is ongeveer vier tienmiljoenste van de massa van de aarde. De massa van de schijf - ongeveer 1,7 keer zo zwaar als de aarde - is gebaseerd op gegevens die zijn gemaakt door de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Hoewel de massa van de eigenzinnige klodders klein lijkt, de diameter van elke klodder zou zich op zijn minst van de zon tot Jupiter kunnen uitstrekken. Momenteel, het team heeft zes uitgaande blobs gezien, maar het is mogelijk dat er een continue stroom van is. Groepen klodders die door de schijf kronkelen, kunnen materiaal vrij snel wegvegen.

"De snelle dissipatie van de schijf is niet iets wat ik had verwacht, " zei Grady. "Op basis van de waarnemingen van schijven rond meer lichtgevende sterren, we hadden verwacht dat schijven rond zwakkere rode dwergsterren een langere tijdspanne zouden hebben. In dit systeem, de schijf zal verdwenen zijn voordat de ster 25 miljoen jaar oud is." Ze voegde eraan toe dat AU Mic waarschijnlijk begon met een buitenste rand van kleine ijzige lichamen, zoals de Kuipergordel in ons eigen zonnestelsel. Als de schijf niet werd uitgehold, het zou ijs hebben verschaft aan droge binnenplaneten.

Het Blob-mysterie onderzoeken

Hubble-astronomen zagen de klodders in STIS-beelden met zichtbaar licht die in 2010-2011 werden genomen. Als vervolg op de Hubble-studie, het SPHERE-instrument (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research) dat is gemonteerd op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory in Chili, maakte nabij-infraroodwaarnemingen. Kenmerken in de schijf werden gesuggereerd in waarnemingen die in 2004 werden gedaan door telescopen op de grond en Hubble's Advanced Camera for Surveys.

Tot dusver, het team heeft klodders ontdekt aan de zuidoostkant van de schijf, met geschatte uitwerpsnelheden tussen 9, 000 mijl per uur en 27, 000 mijl per uur, snel genoeg om aan de zwaartekrachtkoppelingen van de ster te ontsnappen. Ze variëren momenteel in afstand van ongeveer 930 miljoen mijl tot meer dan 5,5 miljard mijl van de ster.

Hubble laat ook zien dat deze klodders misschien niet alleen gigantische ballen van stoffig puin zijn. De telescoop heeft een onderbouw opgelost in een van de blobs, waaronder een paddenstoelvormige dop boven het vlak van de schijf zelf en een complexe "lusachtige" structuur onder de schijf. "Deze structuren kunnen aanwijzingen opleveren voor de mechanismen die deze klodders aandrijven, ' zei Schneider.

Het systeem bevindt zich op 32 lichtjaar afstand in het zuidelijke sterrenbeeld Microscopium.

"AU Mic is ideaal geplaatst, "Zei Schneider. "Maar het is slechts een van de ongeveer drie of vier rode-dwergsystemen met bekende sterlichtverstrooiende schijven van circumstellaire brokstukken. De andere bekende systemen zijn meestal ongeveer zes keer verder weg, dus het is een uitdaging om een ​​gedetailleerde studie uit te voeren van de soorten functies in die schijven die we zien in AU Mic."

Echter, astronomen beginnen een mogelijk soortgelijke activiteit in deze andere systemen te identificeren. "Het laat zien dat AU Mic niet uniek is, ' zei Grady. 'In feite, je zou kunnen stellen dat, omdat het een van de dichtstbijzijnde systemen van dit type is, het zou onwaarschijnlijk zijn dat het uniek zou zijn."

De AU Mic-waarnemingen tonen het belang aan van de schijfomgeving van een ster voor de vorming en evolutie van planeten. "Wat we hebben geleerd is dat schijven een normaal onderdeel lijken te zijn van de geschiedenis van planetaire systemen, ' zei Grady. 'Als je de schijf van een ster niet begrijpt, je hebt geen goed begrip van het resulterende planetenstelsel."

Grady zal de resultaten van het team presenteren op een persconferentie op 8 januari. 2019, tijdens de 233e bijeenkomst van de American Astronomical Society in Seattle, Washington.