В атмосферах загрязненных белых карликов нашли экзотические образцы мантии экзопланет

Составы мантий экзопланет гораздо разнообразнее и экзотичнее, чем считалось ранее, и требуют новых схем классификации горных пород по минералогическому составу. К такому выводу пришли астрономы, исследовавшие 23 загрязненных белых карлика, которые аккрецировали на себя фрагменты мантии разрушенных экзопланет. Статья опубликована в журнале Nature.

Белые карлики представляют собой компактные объекты, которые уже не поддерживают термоядерные реакции в своих недрах и постепенно остывают. Это заключительная стадия жизни звезд с массами до 8-11 масс Солнца. Большинство подобных объектов, температура которых составляет меньше 25 тысяч кельвинов, обладают атмосферами, состоящими только из водорода или гелия, поскольку более тяжелые элементы быстро опускаются в более глубокие слои звезды. Однако на сегодняшний день ученым известно, что более четверти таких карликов являются загрязненными — в их атмосферах есть различные металлы (элементы, тяжелее водорода и гелия).

Механизм загрязнения белых карликов, по мнению ученых, связан с эволюцией планетной системы у звезды — когда светило становится красным гигантом, а затем белым карликом, планетезимали, астероиды или планеты могут пересечь предел Роша и начать разрушаться приливными силами со стороны звезды. Таким образом, возник новый метод исследования состава экзопланет или обломочного вещества в других звездных системах, в частности можно получить представление о составе мантии и коры экзопланет.

Сыи Сюй (Siyi Xu) из центра NOIRLab и Кит Путирка (Keith Putirka) из Калифорнийского государственного университета во Фресно опубликовали результаты спектроскопических исследований 23 загрязненных белых карликов, содержащих такие элементы, как Mg, Si, Ca и Fe, в пределах 650 световых лет от Солнца при помощи наземной обсерватории Кека и космического телескопа «Хаббл».

Оказалось, что загрязненные карлики отражают аккрецию на них фрагментов скалистых экзопланет. Их состав настолько экзотичен для нашей Солнечной системы, что для классификации горных пород требуются новые схемы. 11 карликов демонстрируют загрязнение ультраосновными породами или близкими к ним, что вписывается в минералогию мантий Меркурия, Земли, Луны и Марса. Остальные карлики являются экзотикой — в породах, попадающих на них, либо отсутствует оливин и они насыщены кварцем, либо в них нет ортопироксена, но есть периклаз. Периклаз и кварц отсутствуют или редко встречаются в верхней мантии внутренних планет Солнечной системы, в то время как оливина и ортопироксена в верхней мантии много.

Ученые отмечают, что в отличие от других исследовательских групп, они не нашли никаких доказательств аккреции фрагментов континентальной коры в загрязненных карликах — лишь мантийных пород. Это может быть распространенным явлением — лунная кора составляет не более 10 процентов от общей массы Луны, в то время как на Земле океаническая и континентальная кора вместе составляют менее половины процента от общей массы Земли.

Исследователи подчеркивают, что чтобы методика определения состава экзопланет по загрязненным белым карликам была надежной необходимо продолжать всестороннее изучение подобных объектов на предмет наличия разных химических элементов, слагающих горные породы — основных (Mg, Al, Si, Ca и Fe), второстепенных (Na, K и Ti), сидерофильных (например Ni) или литофильных (U, Ba). Например, карлик с высоким содержанием Si и K и низким содержанием Mg может свидетельствовать об аккреции на него фрагментов коры разрушенных экзопланет, в то время как высокое содержание K и Mg и низкое содержание Si будут указывать на фрагменты гидратированной верхней мантии богатой водой экзопланеты.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые нашли объект планетарного масштаба у белого карлика и выявили случай поглощения им богатой водой планетезимали.

Александр Войтюк