Очень грязный белый карлик помог определить состав обломков землеподобного тела с крупным ядром

Астрономы определили, что грязный белый карлик LSPM J0207+3331 претендует на роль наиболее разнообразно загрязненного планетарным веществом объектом такого типа. В его водородной атмосфере обнаружили следы 13 тяжелых элементов, включая стронций, что указывает на аккрецию обломков скалистого тела с крупным ядром на протяжении миллиардов лет. Препринт доступен на сайте arXiv.org.

Чтобы правильно определить пути формирования разных типов экзопланет, ученым необходимо иметь представление об их внутреннем строении и составе, однако для наблюдательной астрономии это весьма трудная задача. Обычно астрофизики пытаются подобрать наиболее подходящую модель строения экзопланеты под ее измеренные физические параметры, такие как масса, радиус и средняя плотность, а также под данные спектрометрии или спектроскопии излучения, испускаемого планетой, или излучения звезды, прошедшего сквозь атмосферу планеты. Впрочем, не так давно появился новый и эффективный способ исследований экзопланетного вещества — отслеживанием его аккреции на белые карлики. Изучают этот процесс с помощью спектроскопии атмосферы, и если она содержит тяжелые элементы, то подобные карлики называют грязными.

Группа астрономов во главе с Эрикой Ле Бурде (Érika Le Bourdais) из Университета Монреаля опубликовала результаты анализа данных спектроскопических наблюдений за очень грязным белым карликом LSPM J0207+3331. Первоначально он был обнаружен в рамках проекта гражданской науки Backyard Worlds: Planet 9, дальнейшие спектроскопические наблюдения в Ликской обсерватории выявили наличие металлов, а инфракрасные наблюдения — избыток инфракрасного излучения, который может быть связан с околозвездным диском. В текущей работе анализировались данные наблюдений за карликом, проведенных в 2019 и 2020 годах при помощи спектрографа MagE, установленного на одном из Магеллановых телескопов, и спектрографа HIRES, установленного в обсерватории Кека.

LSPM J0207+3331 характеризуется массой 0,65 массы Солнца, радиусом 0,011 радиуса Солнца, возрастом с момента рождения около трех миллиардов лет и эффективной температурой около 5,9 тысячи кельвин. Предполагается, что его прародителем была звезда с массой 1,86 массы Солнца. В его водородной атмосфере были найдены следы наличия тринадцати тяжелых элементов (Na, Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu и Sr), что стало самым разнообразным наборов тяжелых элементов, найденных на подобных карликах. Измеренные содержания элементов лучше всего вписываются в модель аккреции фрагментов землеподобного вещества, бедного летучими, но богатого сидерофильными элементами относительно магния и кремния. Предполагается, что разрушенное тело изначально было скалистым и дифференцированным, а примерно 55 процентов общей массы приходилось на ядро.

Исследователи также определили, что избыток инфракрасного излучения хорошо описывается пылевым диском, простирающимся от 36 до 54 радиусов белого карлика от карлика и обладающего расчетной общей массой на уровне 5,4 × 10^19​ грамм. Кроме того, если учесть, что расчетная скорость аккреции вещества на карлик очень высокая (10^9,8 грамм в секунду), а стронций очень быстро оседает в глубокие слои карлика, то получается, что планетарный мусор в системе способен поддерживать загрязнение карлика металлами в течение очень длительного времени, что не считалось очевидным ранее.

Изучение грязных белых карликов позволяет узнать больше о самых разных типах планетарного вещества — от экзоплутонов до необычных мантий экзопланет.