Wanneer sterren zoals onze zon hun waterstofbrandstof uitputten, komen ze in wat bekend staat als hun Red-Giant-Branch (RGB) -fase. Dit wordt gekenmerkt door het uitzetten van de ster tot meerdere malen de oorspronkelijke grootte, waarna ze hun buitenste lagen afwerpen en compacte witte dwergen worden. Aangenomen wordt dat deze sterren de komende paar miljard jaar langzaam alle objecten en stofringen die nog dicht genoeg bij elkaar komen, zullen verteren om beïnvloed te worden door hun zwaartekracht.
Een burgerwetenschapper genaamd Melina Thévenot deed onlangs echter een verrassende ontdekking bij het observeren van een wit dwergsysteem. Gebaseerd op gegevens van de Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -missie, is deze ster al miljarden jaren een witte dwerg, maar heeft hij nog steeds meerdere stofringen eromheen. Bekend als LSPM J0207 + 3331 (of J0207), zou deze ontdekking onderzoekers kunnen dwingen om modellen van planetaire systemen te heroverwegen.
De ontdekking werd gedaan via Backyard Worlds: Planet 9, een project onder leiding van Marc Kuchner (een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center) dat erop vertrouwt dat vrijwilligers WISE-gegevens doorzoeken voor nieuwe ontdekkingen. Astronomen, die ongeveer 145 lichtjaar van ons verwijderd zijn in het sterrenbeeld Capricornus, vermoeden dat J0207 misschien wel het eerste bekende voorbeeld is van een witte dwerg met meerdere stofringen, en de oudste.
De ontdekking was ook het onderwerp van een recent onderzoek gepubliceerd in The Astrophysical Journal ("Een 3 Gyr witte dwerg met warm stof ontdekt via de Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project"). Zoals John Debes, een astronoom van het Space Telescope Science Institute in Baltimore en de hoofdauteur op papier, onthulde in een recent NASA-persbericht:
“Deze witte dwerg is zo oud dat elk proces dat materiaal in zijn ringen voedt, moet werken op een tijdschema van miljard jaar. De meeste modellen die wetenschappers hebben gemaakt om ringen rond witte dwergen uit te leggen, werken maar tot ongeveer 100 miljoen jaar goed, dus deze ster daagt onze veronderstellingen over hoe planetaire systemen evolueren echt uit. ”
De ster werd gedetecteerd door NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -missie die een sterk infraroodsignaal oppikte, wat wijst op de aanwezigheid van stof. Op basis van de snelheid waarmee witte dwergsterren in de loop van de tijd afkoelen, berekende het Debes-team op basis van de oppervlaktetemperaturen - iets meer dan 5.800° C (10.500° F) - dat J0207 zich ongeveer 3 miljard jaar in de witte dwergfase bevindt.
Deze nieuwe bevindingen zijn in tegenspraak met wat astronomen al geruime tijd vermoeden over de evolutie van sterrenstelsels. In het verleden hebben astronomen waargenomen hoe planeten en asteroïden die de RGB-fase van een ster overleven, verder weg zullen bewegen nadat ze de witte dwergfase zijn binnengegaan. Dit komt doordat de ster veel van zijn massa heeft verloren, en dus zijn zwaartekrachtinvloed op omringende objecten.
Astronomen verwachten dat dit zal gebeuren met ons zonnestelsel in ongeveer 5 miljard jaar. Nadat onze zon zich heeft uitgebreid tot Venus, Mercurius en de aarde, zal ze haar buitenste lagen verliezen en een witte dwerg worden. Op dit punt zullen de resterende planeten en objecten (waaronder waarschijnlijk de Main Asteroid Belt, de gasreuzen en de Kuiper Belt) allemaal naar buiten drijven.
In 1 tot 4% van de gevallen vertonen witte dwergen echter infraroodemissies die aangeven dat ze worden omringd door stofschijven of ringen. Wetenschappers theoretiseren dat dit het gevolg kan zijn van asteroïden en kometen die door zwaartekrachtinteractie met verplaatste planeten van hun riem worden geschopt en naar de ster worden gestuurd. Als deze lichamen de witte dwerg naderen, worden ze verscheurd door getijdenverstoring veroorzaakt door de sterke zwaartekracht van de ster.
Het resulterende puin zou dan een stoffige ring vormen die langzaam naar binnen valt en wordt geaccreteerd op het oppervlak van de ster. In alle voorgaande gevallen zijn echter alleen stofschijven en ringen waargenomen rond witte dwergen die ongeveer een miljard jaar oud waren. Dit leek in overeenstemming met het idee dat oudere witte dwergen hun voorraad asteroïden en de resulterende stofringen effectief hadden opgebruikt.
Deze laatste ontdekking maakt J0207 effectief de oudste en koudste witte dwerg met ooit waargenomen stof. Toen ze de infraroodsignalen van J0207 voor het eerst opmerkte, dacht Melina Thévenot dat het slechte gegevens waren. Destijds was ze aan het zoeken door de European Space Agency's Gaia missiearchieven voor bruine dwergen, die nauwelijks waarneembaar zijn buiten hun infraroodemissies.
Na het raadplegen van WISE infraroodgegevens, realiseerde ze zich dat het te helder en te ver weg was om een bruine dwerg te zijn. Thévenot gaf deze bevindingen door aan het Backyard Worlds: Planet 9-team, dat vervolgens vervolgwaarnemingen ontving van het W. M. Keck-observatorium in Hawaï. Zoals Thévenot uitlegde:
“Dat is een heel motiverend aspect van de zoektocht. De onderzoekers zullen hun telescopen verplaatsen om naar de ontdekte werelden te kijken. Wat ik vooral leuk vind, is de interactie met het geweldige onderzoeksteam. Iedereen is erg aardig en ze proberen altijd het beste uit onze ontdekkingen te halen. '
Bovendien vermoeden Debes en zijn collega's dat J0207 mogelijk zelfs een ringensysteem heeft. Ze suggereren in hun studie dat dit uit twee verschillende componenten zou bestaan: een dunne buitenring waar de zwaartekracht van de witte dwerg de asteroïden breekt en een bredere ring dichter bij de ster. Deze nieuwe waarnemingen zullen astronomen waarschijnlijk dwingen hun modellen te heroverwegen voor de evolutie van planetaire systemen.
"We hebben Backyard Worlds: Planet 9 voornamelijk gebouwd om te zoeken naar bruine dwergen en nieuwe planeten in het zonnestelsel", zei Kuchner. “Maar samenwerken met burgerwetenschappers leidt altijd tot verrassingen. Ze zijn vraatzuchtig: het project vierde net zijn tweede verjaardag en ze hebben al meer dan 1000 waarschijnlijke bruine dwergen ontdekt. Nu we de website opnieuw hebben opgestart met een dubbele hoeveelheid WISE-gegevens, kijken we uit naar nog meer spannende ontdekkingen. "
Naast een heroverweging van hoe het planetaire systeem in de tijd evolueert, zou dit onderzoek aanwijzingen kunnen geven over de toekomst van ons eigen zonnestelsel. Als onze zon eenmaal een witte dwerg is geworden, zal hij de komende paar miljard jaar waarschijnlijk asteroïden en KBO's consumeren die door de overlevende gasreuzen uit hun riem worden geschopt. Volgens deze laatste studie zou het ook enkele miljarden jaren later een stofring kunnen hebben.
En hoewel deze ontdekking een zegen was voor astronomen, laat het ook zien wat er mogelijk is dankzij samenwerkingen tussen wetenschappelijke organisaties en burgerwetenschappers. In het tijdperk van exoplaneetonderzoek en geavanceerde astronomie maakt de enorme hoeveelheid gegevens dergelijke samenwerkingen niet alleen noodzakelijk, maar ook zeer lucratief.
