Odkryto pierwszą olbrzymią planetę wokół białego karła
Dodane przez jacek dnia 05/12/2019 22:03:05
WDJ0914+1914 Artist’s impression of the WDJ0914+1914 system
This illustration shows the white dwarf WDJ0914+1914 and its Neptune-like exoplanet. Since the icy giant orbits the hot white dwarf at close range, the extreme ultraviolet radiation from the star strips away the planet’s atmosphere. While most of this stripped gas escapes, some of it swirls into a disc, itself accreting onto the white dwarf.
Źródło: ESO/M. Kornmesser
Naukowcy korzystający z należącego do ESO teleskopu VLT po raz pierwszy uzyskali dowód na to istnienie dużej planety związanej z białym karłem. Planeta krąży wokół gorącego białego karła – pozostałości po gwieździe podobnej do Słońca. Orbita przebiega w bliskiej odległości od gwiazdy, powodując że atmosfera planety jest odzierana z niej i formuje dysk gazu wokół gwiazdy. Ten unikatowy system daje nam wgląd w to, jak w odległej przyszłości może wyglądać nasz własny Układ Słoneczny.
Treść rozszerzona
„To było jedno z tych odkryć, które zdarzają się przypadkowo” powiedział Boris Gänsicke z University of Warwick w Wielkiej Brytanii, kierujący badaniami, których wyniki opublikowano dzisiaj w Nature. Zespół badawczy sprawdził około 7000 białych karłów obserwowanych przez przegląd nieba Sloan Digital Sky Survey i znalazł jednego, który jest inny od pozostałych. Analizując subtelne zaburzenia w świetle od gwiazdy, udało się znaleźć ślady występowania pierwiastków chemicznych w ilościach, których naukowcy nigdy wcześniej nie widzieli w przypadku białego karła. „Wiedzieliśmy, że w tym systemie musi zachodzić coś wyjątkowego i zastanawialiśmy się czy może to być związane z jakimś rodzajem pozostałości planetarnej.”

Aby lepiej poznać własności tej nietypowej gwiazdy, oznaczonej jako WDJ0914+1914, badacze przeanalizowali ją przy pomocy instrumentu X-shooter na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) pracującym na chilijskiej pustyni Atakama. Te dodatkowe obserwacje potwierdziły występowanie wodoru, tlenu i siarki związanych z białym karłem. Badając szczegóły widma uzyskanego przez X-shooter, zespół odkrył, że pierwiastki te nie pochodzą bezpośrednio z samej gwiazdy, ale z dysku gazu wijącego się wokół niej.

"Potrzeba było kilku tygodni intensywnych przemyśleń, aby ustalić, że jedynym sposobem utworzenia takiego dysku jest parowanie wielkiej planety” powiedział Matthias Schreiber z University of Valparaiso w Chile, który wykonał obliczenia przeszłej i przyszłej ewolucji układu.

Wykryta ilość wodoru, tlenu i siarki jest podobna do znajdowanych w głębokich warstwach atmosfer dużych, lodowych planet, takich jak Neptun i Uran. Jeżeli tego typu planeta krążyła blisko gorącego białego karła, ekstremalne promieniowanie ultrafioletowe od gwiazdy odarło ją z zewnętrznych gwiazd i część tego gazu przepłynęła do dysku, powodując akrecję na białego karła. Podsumowując, proponowanym wytłumaczenie dla tego, co naukowcy widzą wokół WDJ0914+1914 jest pierwsza "parująca" planeta krążąca wokół białego karła.

Łącząc dane obserwacyjne z modelami teoretycznymi, zespół astronomów z Wielkiej Brytanii, Chile i Niemiec był w stanie zarysować lepszy obraz tego unikalnego systemu. Biały karzeł jest mały i ekstremalnie gorący z temperaturą 28 000 stopni Celsjusza (pięć razy większa temperatura niż w przypadku Słońca). Dla kontrastu, planeta jest wielka i lodowa – co najmniej dwukrotnie większa niż gwiazda. Ponieważ krąży po bliskiej orbicie wokół gorącego białego karła (jeden pełny obieg zajmuje jej zaledwie 10 dni), wysokoenergetyczne fotony od gwiazdy stopniowo zdmuchują planetarną atmosferę. Większość gazu ucieka, ale część jest przyciągana do dysku wirującego wokół gwiazdy, z tempem 3000 ton na sekundę. To właśnie dzięki temu dyskowi można było ustalić obecność podobnej do Neptuna planety, która inaczej byłaby niewidoczna.

„Po raz pierwszy mogliśmy zmierzyć w dysku ilość gazów takich jak tlen i siarka. Daje to wskazówki na temat składu atmosfery egzoplanety” powiedziała Odette Toloza z University of Warwick, która opracowała model dla dysku gazu otaczającego białego karła.

“Odkrycie otwiera nam nowe okno na końcowy los systemów planetarnych” dodał Gänsicke.

Gwiazdy takie, jak nasze Słońce, przez większość swojego życia palą wodór jądrach. Gdy skończy się to paliwo, rozdymają się do czerwonych olbrzymów, stając się setki razy większe i pochłaniając pobliskie planety. W przypadku Układu Słonecznego taki los czeka Merkurego, Wenus, a nawet Ziemię – zostaną skonsumowane za około 5 miliardów lat przez Słońce będące wtedy czerwonym olbrzymem. Potem gwiazdy tego rodzaju tracą swoje zewnętrzne warstwy, pozostawiając jedynie wypalone jądro – białego karła. Taka gwiezdne pozostałość może nadal posiadać planety i uważa się, że istnieje wiele tego rodzaju systemów w galaktyce. Jednak do tej pory naukowcy nie mieli dowodów na przetrwanie dużej planety wokół białego karła. Detekcja egzoplanety krążącej wokół WDJ0914+1914 może być pierwszym z wielu takich przypadków. Układ jest oddalony od nas o około 1500 lat świetlnych w kierunku konstelacji Raka.

Według badaczy, odnaleziona przy pomocy instrumentu X-shooter egzoplaneta okrąża białego karła w odległości jedynie 10 milionów kilometrów, czyli 15 razy większej niż promień Słońca, co byłoby głęboko wewnątrz czerwonego olbrzyma. Nietypowa pozycja planety wskazuje, że w jakimś momencie po tym, gdy gwiazda stała się białym karłem, planeta przemieściła się bliżej. Astronomowie sądzą, że nowa orbita może być efektem grawitacyjnych oddziaływań z innymi planetami w systemie, co by oznaczało, że gwałtowną transformację swojej gwiazdy macierzystej przetrwać mogła więcej niż jedna planeta.

„Do niedawna bardzo niewielu astronomów zastanawiało się nad losem planet krążących wokół umierających gwiazd. Niniejsze odkrycie planety krążącej blisko wypalonego jądra gwiazdy wyraźnie pokazuje, że Wszechświat raz za razem rzuca naszym umysłom wyzwanie, aby przekroczyć ustalone idee” podsumował Gänsicke.

Więcej informacji
Wyniki badań zaprezentowano w artykule, który ukaże się w Nature.

Skład zespołu badawczego: Boris Gänsicke (Department of Physics & Centre for Exoplanets and Habitability, University of Warwick, Wielka Brytania), Matthias Schreiber (Institute of Physics and Astronomy, Millennium Nucleus for Planet Formation, Valparaiso University, Chile), Odette Toloza (Department of Physics, University of Warwick, Wielka Brytania), Nicola Gentile Fusillo (Department of Physics, University of Warwick, Wielka Brytania), Detlev Koester (Institute for Theoretical Physics and Astrophysics, University of Kiel, Niemcy), Christopher Manser (Department of Physics, University of Warwick, Wielka Brytania).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.



Przeczytaj więcej:
Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska