Ondanks hun prevalentie is de chemische samenstelling van deze stellaire overblijfselen al jaren een raadsel voor astronomen. De aanwezigheid van elementen van zware metalen, zoals silicium, magnesium en calcium, op het oppervlak van veel van deze compacte objecten is een verbijsterende ontdekking die onze verwachtingen van het gedrag van sterren tart.

‘We weten dat als deze zware metalen aanwezig zijn op het oppervlak van de witte dwerg, de witte dwerg zo compact is dat deze zware metalen zeer snel naar de kern zouden moeten zinken’, legt JILA-student Tatsuya Akiba uit. "Je zou dus geen metalen op het oppervlak van een witte dwerg moeten zien tenzij de witte dwerg actief iets eet."

Hoewel witte dwergen verschillende nabijgelegen objecten kunnen consumeren, zoals kometen of asteroïden (bekend als planetesimalen), moeten de fijne kneepjes van dit proces nog volledig worden onderzocht. Dit gedrag zou echter de sleutel kunnen zijn tot het ontrafelen van het mysterie van de metaalsamenstelling van een witte dwerg, wat mogelijk kan leiden tot spannende onthullingen over de dynamiek van witte dwergen.

In de resultaten gerapporteerd in een nieuw artikel in The Astrophysical Journal Letters Akiba gelooft, samen met JILA Fellow en Professor Ann-Marie Madigan, professor astrofysische en planetaire wetenschappen van de Universiteit van Colorado Boulder, en student Selah McIntyre, dat ze een reden hebben gevonden waarom deze stellaire zombies hun nabijgelegen planetesimalen opeten. Met behulp van computersimulaties simuleerden de onderzoekers dat de witte dwerg een 'natale kick' kreeg tijdens zijn vorming (wat is waargenomen) veroorzaakt door asymmetrisch massaverlies, waardoor de beweging en de dynamiek van al het omringende materiaal veranderde.

In 80% van hun testruns constateerden de onderzoekers dat de banen van kometen en asteroïden binnen een bereik van 30 tot 240 AU van de witte dwerg (overeenkomend met de afstand tussen de zon en Neptunus en daarbuiten) vanaf de kick langwerpig en uitgelijnd raakten. . Bovendien komt ongeveer 40% van de later opgegeten planetesimalen uit tegendraaiende (retrograde) banen.

De onderzoekers breidden hun simulaties ook uit om de dynamiek van de witte dwerg na 100 miljoen jaar te onderzoeken. Ze ontdekten dat de nabijgelegen planetesimalen van de witte dwerg nog steeds langwerpige banen hadden en zich als één samenhangende eenheid bewogen, een resultaat dat nog nooit eerder was gezien.

"Dit is iets wat volgens mij uniek is aan onze theorie:we kunnen verklaren waarom de accretiegebeurtenissen zo langdurig duren", zegt Madigan. "Hoewel andere mechanismen een originele accretiegebeurtenis kunnen verklaren, laten onze simulaties met de kick zien waarom dit honderden miljoenen jaren later nog steeds gebeurt."

Deze resultaten verklaren waarom de zware metalen worden aangetroffen op het oppervlak van een witte dwerg, aangezien die witte dwerg voortdurend kleinere objecten op zijn pad consumeert.

Het draait allemaal om de zwaartekracht

Omdat Madigans onderzoeksgroep bij JILA zich richt op de dynamiek van de zwaartekracht, leek het kijken naar de zwaartekracht rond witte dwergen een natuurlijke focus van onderzoek.

‘Simulaties helpen ons de dynamiek van verschillende astrofysische objecten te begrijpen’, zegt Akiba. "Dus in deze simulatie gooien we een aantal asteroïden en kometen rond de witte dwerg, die aanzienlijk groter is, en kijken hoe de simulatie evolueert en welke van deze asteroïden en kometen de witte dwerg eet."

De onderzoekers hopen hun simulaties in toekomstige projecten naar grotere schaal te kunnen brengen, waarbij ze zullen kijken hoe witte dwergen omgaan met grotere planeten.

Zoals Akiba uitlegt:"Andere studies hebben gesuggereerd dat asteroïden en kometen, de kleine lichamen, misschien niet de enige bron van metaalvervuiling op het oppervlak van de witte dwerg zijn. De witte dwergen zouden dus iets groters kunnen eten, zoals een planeet." P>

Meer ontdekken over de vorming van zonnestelsels

Deze nieuwe bevindingen onthullen verder meer over de vorming van witte dwergen, wat belangrijk is om te begrijpen hoe zonnestelsels in de loop van miljoenen jaren veranderen. Ze helpen ook licht te werpen op de oorsprong en toekomstige evolutie van ons zonnestelsel, en onthullen meer over de betrokken chemie.

‘De overgrote meerderheid van de planeten in het universum zal uiteindelijk in een baan rond een witte dwerg terechtkomen’, zegt Madigan. "Het zou kunnen dat 50% van deze systemen door hun ster wordt opgegeten, inclusief ons eigen zonnestelsel. Nu hebben we een mechanisme om uit te leggen waarom dit zou gebeuren."

"Planetesimalen kunnen ons inzicht geven in andere zonnestelsels en planetaire samenstellingen buiten waar we in ons zonnegebied wonen", voegt McIntyre toe. "Witte dwergen zijn niet alleen een lens naar het verleden. Ze zijn ook een soort lens naar de toekomst."

Correctie-opmerking (5-5-2024):In de originele tekst staat de zin "Ze komen veel voor in onze Melkweg, aangezien 97% van de sterren witte dwergen zijn." is onjuist. De juiste verklaring zou moeten zijn:"Ze komen veel voor in onze Melkweg, aangezien 97% van de sterren uiteindelijk witte dwergen zullen worden."

Meer informatie: Tatsuya Akiba et al, Getijdenverstoring van planetesimalen door een excentrieke puinschijf na een geboortetrap van een witte dwerg, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad394c

Journaalinformatie: Astrofysische dagboekbrieven

Geleverd door JILA