Planety typu ziemskiego wchłaniane przez białe karły

Planety typu ziemskiego wchłaniane przez białe karły
Planety typu ziemskiego wchłaniane przez białe karłyOriginal Press Release
Astrofizycy Uniwersytetu Warwick namierzyli cztery białe karły otoczonych pyłem rozbitych planetarnych ciał, które kiedyś, pod względem składu chemicznego, nosiły uderzające podobieństwo Ziemi.

Jest bardzo możliwe, że w PG0843+516 widzimy akrecję takich fragmentów wykonanych z materiału jądra obiektu, który był kiedyś egzoplanetą typu ziemskiego.

prof. Boris Gänsicke
University of Warwick

Po raz pierwszy tak niskie proporcje węgla zostały zmierzone w zanieczyszczonych pyłem atmosferach białych karłów. Nie tylko stanowi to dowód, że gwiazdy te kiedyś okrążała przynajmniej jedna skalista egzoplanety, która uległa zniszczeniu, obserwacje wskazują dokładnie ostatnią fazę śmierci tych światów.

Atmosfera białego karła składa się z wodoru i helu, więc wszelkie cięższe pierwiastki, które do niej docierają są wciągane w dół do jądra gwiazdy i poza zasięg wzroku obserwatorów w ciągu kilku dni przez wysoką grawitację karła. Biorąc to pod uwagę, astronomowie dostrzegli ostatnią fazę śmierci egzoplanet, gdy deszcz pochodzącej z nich materii opada na gwiazdę w tempie  miliona kilogramów na sekundę. W szczególności obserwacje jednego konkretnego białego karła, PG0843+516 przedstawiają historię  zniszczenia tych światów. Gwiazda ta wyróżnia się z powodu z względu na stosunkowy nadmiar żelaza, niklu i siarki w pyle jaki naukowcy zaobserwowali w jej atmosferze. Nikiel i żelazo znajdują się w jądrach planet typu ziemskiego, ponieważ opadają tam pod wpływem grawitacji w trakcie powstawaniu planet. Podobnie siarka ze względu na jej chemiczne powinowactwo do żelaza.

Dlatego badacze uważają, że obserwujemy białego karła PG0843+516 w trakcie pochłaniania materii z jądra na tyle dużej planety skalistej, która przeszła zróżnicowanie, podobne do procesu, w którym rozdzielone zostały jądro i płaszcz Ziemi.

Profesor Boris Gänsicke z Wydziału Fizyki na Uniwersytecie Warwick, kierujący zespołem prowadzącym badania, powiedział, że destrukcyjny proces, który spowodował powstanie dysków wokół tych odległych białych karłów prawdopodobni w odległej przyszłości będzie miał miejsce także w Układzie Słonecznym.

„To, co widzimy dzisiaj wokół tych oddalonych o kilkaset lat świetlnych białych karłów być może jest migawką z bardzo odległej przyszłości Ziemi „- mówi prof. Boris Gänsicke. -” Gdy gwiazdy podobne do Słońca wyczerpują zapasy paliwa jądrowego docierając do kresu życia, puchną stając się czerwonymi olbrzymami. Gdy proces ten rozpocznie się w Układzie Słonecznym za kilka miliardów lat Słońce pochłonie wewnętrzne planety – Merkurego i Wenus. Nie jest pewne, czy Ziemia także zostanie pochłonięta przez Słońce znajdujące się w fazie czerwonego olbrzyma – lecz nawet jeżeli przetrwa, jej powierzchnia zostanie upieczona. Następnie, w trakcie przemiany Słońca w białego karła, straci ono dużą część masy, a orbity wszystkich planety, które przetrwają wcześniejszą fazę, poszerzą się. To może prowadzić do destabilizacji orbit, a co za tym idzie do zderzeń pomiędzy nimi, podobnie, jak w niestabilnych wczesnych latach Układu Słonecznego. Może nawet dojść do rozbicia planet typu ziemskiego, prowadzących do powstania dużej liczby planetoid, z których niektóre będą miały skład chemiczny podobne do planetarnego jądra. Jowisz zapewne przetrwa późną ewolucję Słońca bez szwanku, i zajmie się rozrzucaniem asteroid, zarówno starych jak i nowych, część z nich kierując w stronę białego karła. Jest bardzo możliwe, że w PG0843+516 widzimy akrecję takich fragmentów wykonanych z materiału jądra obiektu, który był kiedyś egzoplanetą typu ziemskiego”.

Zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Warwick korzystając ze spektrografu COS (Cosmic Origin Spectrograph) zainstalowanego na teleskopie kosmicznym Hubble dokonał przeglądu ponad 80 białych karłów leżących w promieniu kilkuset lat świetlnych,

Źródła:

Four white dwarf stars caught in the act of consuming ‘earth-like’ exoplanets

University of Warwick astrophysicists have pinpointed four white dwarfs surrounded by dust from shattered planetary bodies which once bore striking similarities to the composition of the Earth.

Using the Hubble Space Telescope for the biggest survey to date of the chemical composition of the atmospheres of white dwarf stars, the researchers found that the most frequently occurring elements in the dust around these four white dwarfs were oxygen, magnesium, iron and silicon – the four elements that make up roughly 93 per cent of the Earth.

However an even more significant observation was that this material also contained an extremely low proportion of carbon, which matched very closely that of the Earth and the other rocky planets orbiting closest to our own Sun.

This is the first time that such low proportions of carbon have been measured in the atmospheres of white dwarf stars polluted by debris. Not only is this clear evidence that these stars once had at least one rocky exoplanet which they have now destroyed, the observations must also pinpoint the last phase of the death of these worlds.

The atmosphere of a white dwarf is made up of hydrogen and/or helium, so any heavy elements that come into their atmosphere are dragged downwards to their core and out of sight within a matter of days by the dwarf’s high gravity. Given this, the astronomers must literally be observing the final phase of the death of these worlds as the material rains down on the stars at rates of up to 1 million kilograms every second.

Not only is this clear evidence that these stars once had rocky exoplanetary bodies which have now been destroyed, the observations of one particular white dwarf, PG0843+516, may also tell the story of the destruction of these worlds.

This star stood out from the rest owing to the relative overabundance of the elements iron, nickel and sulphur in the dust found in its atmosphere.

Iron and nickel are found in the cores of terrestrial planets, as they sink to the centre owing to the pull of gravity during planetary formation, and so does sulphur thanks to its chemical affinity to iron.

Therefore, researchers believe they are observing White Dwarf PG0843+516 in the very act of swallowing up material from the core of a rocky planet that was large enough to undergo differentiation, similar to the process that separated the core and the mantle of the Earth.

The study entitled “The chemical diversity of exo-terrestrial planetary debris around white dwarfs” by B. T. Gänsicke, D. Koester, J. Farihi, J. Girven, S.G.Parsons, and E. Breedt is accepted for publication in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Professor Boris Gänsicke of the Department of Physics at the University of Warwick, who led the study, said the destructive process which caused the discs of dust around these distant white dwarfs is likely to one day play out in our own solar system.

“What we are seeing today in these white dwarfs several hundred light years away could well be a snapshot of the very distant future of the Earth.

“As stars like our Sun reach the end of their life, they expand to become red giants when the nuclear fuel in their cores is depleted.

“When this happens in our own solar system, billions of years from now, the Sun will engulf the inner planets Mercury and Venus.

“It’s unclear whether the Earth will also be swallowed up by the Sun in its red giant phase – but even if it survives, its surface will be roasted.

“During the transformation of the Sun into a white dwarf, it will lose a large amount of mass, and all the planets will move further out.

“This may destabilise the orbits and lead to collisions between planetary bodies as happened in the unstable early days of our solar system. This may even shatter entire terrestrial planets, forming large amounts of asteroids, some of which will have chemical compositions similar to those of the planetary core.

“In our solar system, Jupiter will survive the late evolution of the Sun unscathed, and scatter asteroids, new or old, towards the white dwarf.

“It is entirely feasible that in PG0843+516 we see the accretion of such fragments made from the core material of what was once a terrestrial exoplanet.”

The University of Warwick led team surveyed more than 80 white dwarfs within a few hundred light years, using the Cosmic Origin Spectrograph on board the Hubble Space Telescope

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *