Po raz pierwszy astronomowie odkryli dowody na istnienie olbrzymiej planety krążącej wokół maleńkiej, martwej gwiazdy typu biały karzeł. I, co zaskakujące, planeta wielkości Neptuna ma ponad cztery razy większą średnicę niż gwiazda wielkości Ziemi, wokół której krąży.

“Ta gwiazda ma planetę, której nie możemy zobaczyć bezpośrednio,” powiedział autor badania Boris Gänsicke z University of Warwick w komunikacie prasowym. “Ale ponieważ gwiazda jest tak gorąca, odparowuje planetę, a my wykrywamy atmosferę, którą traci”. W rzeczywistości, żarząca się gwiazda wysyła strumień odparowanego materiału z dala od planety w tempie około 260 milionów ton dziennie.

Nowe odkrycie służy jako pierwszy dowód na to, że gargantuiczna planeta przetrwała przejście gwiazdy w białego karła. Sugeruje ono, że wyparowujące planety wokół martwych gwiazd mogą być nieco powszechne w całym wszechświecie. A ponieważ nasze Słońce, jak większość gwiazd, również ostatecznie przekształci się w białego karła, znalezisko to może nawet rzucić światło na losy naszego Układu Słonecznego.

Niespodziewana para

Biały karzeł, o którym mowa, nazwany WDJ0914+1914, znajduje się około 1500 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Raka. Mimo że biały karzeł nie przechodzi już fuzji jądrowej jak normalna gwiazda, jego utrzymujące się ciepło oznacza, że nadal ma temperaturę 49 500 stopni Fahrenheita (25 000 Celsjusza). To jakieś pięć razy goręcej niż na Słońcu.

Badacze początkowo wskazali tlące się jądro gwiezdne do obserwacji po przesianiu przez około 7000 białych karłów zidentyfikowanych przez Sloan Digital Sky Survey. Kiedy zespół przeanalizował unikalne widmo WDJ0914+1914, wykrył chemiczne odciski palców wodoru, co jest nieco niezwykłe. Ale wykryto również ślady tlenu i siarki – pierwiastków, których nigdy wcześniej nie widziano w białym karle.

“To było jedno z tych przypadkowych odkryć” – powiedział Gänsicke w komunikacie prasowym Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). “Wiedzieliśmy, że w tym układzie musi dziać się coś wyjątkowego i spekulowaliśmy, że może to być związane z jakimś rodzajem pozostałości planetarnej.”

Więc, aby lepiej zrozumieć, co dzieje się w tym dziwnym układzie, zespół użył instrumentu X-shooter na Bardzo Dużym Teleskopie ESO w Chile, aby przeprowadzić dalsze obserwacje. Na podstawie bardziej szczegółowego spojrzenia, badacze dowiedzieli się, że niezwykłe pierwiastki, o których myśleli, że są osadzone w białym karle, w rzeczywistości pochodziły z dysku gazu krążącego wokół martwej gwiazdy.

“Na początku myśleliśmy, że jest to gwiazda podwójna z dyskiem akrecyjnym utworzonym z masy przepływającej pomiędzy dwiema gwiazdami,” powiedział Gänsicke. “Jednak nasze obserwacje pokazują, że jest to pojedynczy biały karzeł z dyskiem wokół niego mniej więcej 10 razy większym od naszego Słońca, zbudowanym wyłącznie z wodoru, tlenu i siarki. Taki system nigdy wcześniej nie był widziany i od razu było dla mnie jasne, że jest to wyjątkowa gwiazda.”

Po uświadomieniu sobie, jak niezwykły był biały karzeł, zespół przeniósł swoją uwagę na ustalenie, co do cholery mogło stworzyć taki system.

“Potrzeba było kilku tygodni bardzo intensywnego myślenia, aby dojść do wniosku, że jedynym sposobem na powstanie takiego dysku jest odparowanie olbrzymiej planety”, powiedział Matthias Schreiber, astronom z Uniwersytetu Valparaiso w Chile, który odegrał kluczową rolę w określeniu przeszłej i przyszłej ewolucji tego dziwacznego układu. Ich szczegółowa analiza składu dysku odpowiadała temu, czego astronomowie spodziewaliby się, gdyby wnętrzności lodowego olbrzyma, takiego jak Uran czy Neptun, zostały wyparowane w przestrzeń kosmiczną.

W oparciu o obliczenia Schreibera, ekstremalna temperatura białego karła oznacza, że bombarduje on pobliską olbrzymią planetę – która znajduje się 0,07 jednostki astronomicznej (AU) od gwiazdy, gdzie 1 AU to odległość Ziemia-Słońce – wysokoenergetycznymi fotonami. Powoduje to, że planeta traci swoją masę w tempie ponad 3000 ton na sekundę.

Ale zgodnie z pracą, opublikowaną w środę w Nature, “W miarę jak biały karzeł będzie się ochładzał, tempo utraty masy będzie stopniowo maleć i stanie się niewykrywalne w A do tego czasu, dodaje gazeta, olbrzymia planeta straci tylko “nieistotny ułamek swojej całkowitej masy” lub około 0.04 mas Neptuna.

Ponieważ olbrzymia planeta znajduje się tak blisko białego karła, naukowcy twierdzą, że powinna była zostać zniszczona podczas fazy czerwonego olbrzyma gwiazdy. To znaczy, chyba że migrowała do wewnątrz po tym, jak gwiazda przekształciła się w białego karła.

“To odkrycie jest dużym postępem, ponieważ w ciągu ostatnich dwóch dekad mieliśmy coraz więcej dowodów na to, że układy planetarne przetrwają do fazy białego karła,” powiedział Gänsicke. “Widzieliśmy wiele asteroid, komet i innych małych obiektów planetarnych uderzających w białe karły, a wyjaśnienie tych zdarzeń wymaga większych ciał o masie planetarnej znajdujących się dalej. Posiadanie dowodów na rzeczywistą planetę, która sama została rozproszona, jest ważnym krokiem.”

The Ultimate Fate of our Solar System

W ciągu 5 miliardów lat, kiedy Słońce spali się przez ostatni z wodoru w swoim jądrze, przejdzie do topienia koncentrycznych powłok wodoru wokół swojego teraz obojętnego jądra. Ten niestabilny proces spowoduje, że Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, co oznacza, że połknie Merkurego, Wenus i prawdopodobnie Ziemię.

Ale gdy Słońce się rozszerza, jego grawitacyjny uścisk na zewnętrznej powłoce materiału staje się coraz bardziej niepewny. W końcu zrzuci swoje zewnętrzne warstwy w przestrzeń kosmiczną. A kiedy to zrobi, obcy astronom zobaczy piękną mgławicę planetarną otaczającą wypalone, niewiarygodnie gorące jądro Słońca – znane jako biały karzeł.

W towarzyszącym artykule, również opublikowanym w środę w Astrophysical Journal Letters, Schreiber i Gänsicke badają ten scenariusz, szczegółowo opisując jak przyszłe biało-karłowate słońce powinno, tak jak WDJ0914+1914, wyparować olbrzymie planety naszego Układu Słonecznego.

“W pewnym sensie,” powiedział Schreiber, “WDJ0914+1914 daje nam wgląd w bardzo odległą przyszłość naszego własnego Układu Słonecznego.”