Астрономы увидели пережившее превращение звезды в белый карлик планетное ядро

University of Warwick / Mark Garlick

Астрономы обнаружили свидетельства существования небольшого плотного тела на близкой орбите у белого карлика. Это исключительно редкая ситуация, так как объект обращается вокруг звезды всего за два часа, в то время как предыдущая эволюция светила должна была очистить непосредственное окружение от подобных тел. Это второй случай, когда планетоподобное тело обнаруживают на орбите у белого карлика. Авторы статьи, опубликованной в Science, считают, что это металлическое ядро бывшей планеты.

Большинство звезд, в том числе и наше Солнце, в конце эволюции превратится в белые карлики — компактные объекты, по размеру сравнимые с Землей, удерживаемые от дальнейшего коллапса давлением вырожденного ферми-газа электронов. Такая судьба ждет все светила с начальной массой примерно от 0,8 до 8 солнечных. Однако перед достижением этого состояния звезды проходят через ряд относительно непродолжительных стадий красных гигантов, во время которых их размер значительно увеличивается, иногда до нескольких сотен раз. Также само превращение в белый карлик сопровождается сбрасыванием внешних оболочек. Соответственно, в такие периоды светила должны поглощать или сводить с орбит все находящиеся рядом тела.

Получается, что в окрестностях белых карликов не должно быть каменных тел, богатых тяжелыми элементами. Тем не менее спектры около четверти белых карликов указывают на наличие таких атомов в атмосфере звезд, в то время как благодаря большой гравитации и маленькому размеру, они должны очень быстро опускаться во внутренние области, оставляя на поверхности лишь гелий. Существование таких белых карликов, называемых загрязненными (polluted white dwarfs), объясняют постоянным попаданием вещества из окружающего пространства. Этому также есть и наблюдательные подтверждения, так как у около четырех процентов белых карликов наблюдаются пылевые диски. Подробнее о планетных белых карликов можно узнать в видео Постнауки.

Однако обнаружение относительно крупных тел в этих дисках — исключительно редкое событие. До недавнего времени был известен только один подобный случай — белый карлик WD 1145+017, который наблюдался телескопом «Кеплер». В его данных ученым удалось выделить серию периодических уменьшений яркости, что говорило о прохождении непрозрачного тела по диску звезды. Эти изменения были несимметричны во времени и существенно менялись от раза к разу. Авторы пришли к выводу, что им удалось наблюдать разрушение карликовых планет, планетезималей или ядер каменных планет под действием яркого излучения и приливных сил со стороны белого карлика.

В работе астрономов под руководством Кристофера Менсера (Christopher Manser) из Уорикского университета описывается второй подобный случай. В данной ситуации астрономы использовали спектроскопические данные с наземного Большого Канарского телескопа. Они обнаружили периодические вариации в величине и форме линии излучения Ca II, которая порождается веществом в остаточном газовом диске. Период обращения обнаруженного объекта составляет около двух часов, что говорит о близости тела к белому карлику SDSS J1228+1040.

Оценки ученых показывают, что для противодействия приливному воздействию звезды тело должно быть очень плотным по планетным меркам: минимальная плотность для твердого объекта составляет около восьми грамм на кубический сантиметр, что примерно соответствует железу, а если данное тело жидкое, то оно должно быть еще в пять раз плотнее. Соответствующие оценки для размера дают значение от 200 до 4 километров. Также астрономы выдвигают гипотезу о его происхождении — скорее всего это, металлическое ядро каменной планеты, кора и мантия которой разрушились и отделились при приближении к звезде на более ранних этапах.

Результаты работы показывают возможность существования относительно крупных каменных тел на близких орбитах к белым карликам. Этот вывод важен как в контексте эволюции звезд и их планетарных систем, так и в контексте геологии, так как исследования испаряющихся с поверхности такого объекта веществ может рассказать о составе ядер каменных планет, что невозможно узнать непосредственно в случае Солнечной системы. Также необходимо отметить, что авторы использовали не транзитный метод исследования, благодаря которому удалось обнаружить большинство известных на данный момент экзопланет, а спектроскопические наблюдения. Данный подход не чувствителен к геометрическому расположению плоскости орбит, в то время как для наблюдения транзитов объекты обязаны проходить между звездой и наблюдателем.

Исследования белых карликов важны для предсказания будущего всех звезд средних масс, в том числе Солнца. Недавно международный коллектив предсказал превращение ядер таких светил в гигантские кристаллы. Также за последние годы ученым впервые удалось напрямую наблюдать сжатие белого карлика.

Тимур Кешелава

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.