Astronomen hebben een grote planeet op Neptunus-formaat ontdekt die in een baan om een witte dwergster draait. De planeet is vier keer zo groot als de ster en de witte dwerg lijkt de planeet langzaam te vernietigen: de warmte van de witte dwerg verdampt materiaal uit de atmosfeer van de planeet en vormt een komeetachtige staart.
Een witte dwerg is de eindstand van sterren zoals onze zon. Als een zonachtige ster geen brandstof meer heeft, groeit hij uit tot een rode reus. Tijdens die fase wordt een groot deel van de massa van de ster de ruimte in geschoten. Daarna blijft er een compacte, relatief koele, witte dwerg over.
Een witte dwerg is in stellaire termen meestal een gebruikte kracht. Het bevindt zich in de eindtoestand en verspreidt niet bijna dezelfde energie als vroeger. Maar het is nog steeds stralend genoeg om de atmosfeer van de planeet te verwijderen. En dat is wat er gebeurt met de ster in deze studie, genaamd WDJ0914 + 1914.
De witte dwerg in deze studie was een van de 10.000 die werd onderzocht door de Sloan Digital Sky Survey (SDSS.) In samenwerking met de Sloan-gegevens analyseerden astronomen in Warwick het licht afkomstig van de witte dwerg. Subtiele maar waarneembare variaties in licht kwamen van het systeem waarmee de astronomen de aanwezige elementen konden identificeren.
Ze ontdekten kleine pieken in waterstof, zuurstof en zwavel. De waterstof was ongebruikelijk, omdat witte dwergen meestal bestaan uit zuurstof en koolstof, en de zuurstof en zwavel waren nog nooit eerder gezien in een situatie als deze. Ze keken van dichterbij met de Very Large Telescope (VLT) en ontdekten dat de vorm van de drie elementen de aanwezigheid van een gasring rond WDJ0914 + 1914 aangaf.
"Zo'n systeem is nog nooit eerder gezien en het was me meteen duidelijk dat dit een unieke ster was."
Dr. Boris Gaensicke, Universiteit van Warwick.
Aanvankelijk dachten de onderzoekers dat ze een dubbelster zagen.
Dr. Boris Gaensicke van de University of Warwick is de hoofdauteur van een van de onderzoeken. In een persbericht zei hij: "Eerst dachten we dat dit een dubbelster was met een accretieschijf gevormd uit massa die tussen de twee sterren stroomde. Onze waarnemingen tonen echter aan dat het een enkele witte dwerg is met een schijf eromheen die ongeveer tien keer zo groot is als onze zon, uitsluitend gemaakt van waterstof, zuurstof en zwavel. Zo'n systeem is nog nooit eerder vertoond en het was me meteen duidelijk dat dit een unieke ster was. ”
Na verdere analyse ontdekten de astronomen dat de witte dwerg zuurstof en zwavel van de schijf ophaalde. Ze konden de samenstelling van de schijf zelf analyseren en ontdekten dat deze overeenkomt met de diepere planetenlagen in ons eigen zonnestelsel zoals Neptunus en Uranus, beide ijsreuzen.
Hoewel de fusie lang geleden is gestopt, is de witte dwerg nog steeds ongeveer 28.000 graden Celsius. Het geeft genoeg energie af om de onzichtbare planeet te bombarderen en het materiaal te verdampen. Uit de berekeningen van het team blijkt dat er elke seconde ongeveer 3000 ton materiaal in de schijf wordt gestript.
Dr. Gaensicke zei: "Deze ster heeft een planeet die we niet direct kunnen zien, maar omdat de ster zo heet is, verdampt hij de planeet en detecteren we de atmosfeer die hij verliest."
"Deze ontdekking is een grote vooruitgang, want in de afgelopen twee decennia hadden we groeiend bewijs dat planetaire systemen overleven in het stadium van de witte dwerg."
DR. BORIS GAENSICKE, UNIVERSITEIT VAN WARWICK.
Niet alle witte dwergen zijn zo heet als deze. Dat betekent dat het waarschijnlijk niet mogelijk is om planeten te detecteren die er omheen draaien met dezelfde methode. Maar er moeten er meer zijn. In feite kunnen er wel 10 miljard witte dwergen in de Melkweg zijn. Welk percentage van hen is heet genoeg om planeten met hen te laten communiceren zoals deze is een open vraag.
"Er kunnen veel koelere witte dwergen zijn met planeten, maar zonder de hoogenergetische fotonen die nodig zijn om verdamping te stimuleren, dus we zouden ze niet met dezelfde methode kunnen vinden", zei Dr. Gaensicke. "Sommige van die planeten kunnen echter detecteerbaar zijn met behulp van de transitmethode zodra de Large Synoptic Survey Telescope de lucht in gaat." (Die telescoop zou de naam Vera Rubin Survey Telescope kunnen krijgen.)
Er is een groeiend aantal bewijzen die aantonen dat planeten kunnen overleven in de witte dwergfase van hun ster. Deze ontdekking voegt gewicht toe aan dat bewijs.
"Deze ontdekking is een grote vooruitgang omdat we de afgelopen twee decennia steeds meer bewijzen hebben gekregen dat planetaire systemen overleven in het stadium van de witte dwerg", zei Dr. "We hebben veel asteroïden, kometen en andere kleine planetaire objecten gezien die witte dwergen raken, en om deze gebeurtenissen uit te leggen zijn grotere lichamen van planeetmassa verder weg nodig. Het hebben van bewijs voor een echte planeet waarin hij zelf verspreid was, is een belangrijke stap. '
Volgens Dr. Matthias R. Schreiber, hoofdauteur van het tweede artikel, is het WDJ0914 + 1914-systeem een blik in de toekomst. "In zekere zin geeft WDJ0914 + 1914 ons een kijkje in de verre toekomst van ons eigen zonnestelsel."
Uiteindelijk zal onze zon hetzelfde lot ondergaan als deze witte dwerg. Het zal een rode reus worden die Mercurius, Venus en Aarde uitdijt en omhult. (Misschien zelfs mars.) Daarna, over ongeveer 6 miljard jaar, zal het een witte dwerg zijn. Als de gasreuzen en ijsreuzen in ons zonnestelsel dicht genoeg bij de ster migreren, kan hun materiaal worden weggestript in een schijf, net zoals WDJ0914 + 1914 doet met zijn ijsreus.
In een begeleidend artikel geven de astronomen aan wat er zal gebeuren. Onze toekomstige zon zal voldoende fotonen met hoge energie uitzenden om materiaal van Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus te verwijderen. Een deel van dat gas komt in de schijf en vervolgens in de zon zelf. Toekomstige astronomen, als die er zijn, zullen het op dezelfde manier kunnen zien als wij.
Het team heeft mogelijk ook onbedoeld een manier gevonden om de atmosfeer van exoplaneten te bestuderen.
In het persbericht merkte Dr. Schreiber op: “We waren stomverbaasd toen we ons realiseerden dat we bij het observeren van hete witte dwergen mogelijk handtekeningen zien van atmosferen buiten de planeet. Hoewel deze hypothese verder moet worden bevestigd, kan ze inderdaad de deuren openen naar het begrijpen van de atmosfeer van buiten de planeet. ”
Dit is de tweede keer dat astronomen op een onverwachte plek een planeet hebben gevonden. In november ontdekten astronomen die TESS-gegevens gebruikten een planeet in een baan rond een rode reus. In beide gevallen zouden alle planeten in deze posities vernietigd moeten zijn toen hun sterren uitgroeiden tot rode reuzen.
Maar nu er twee zijn ontdekt, zullen er waarschijnlijk nog veel meer zijn. In het tweede artikel leiden de auteurs een snelheid af van 1 op de 10.000 witte dwergen die de atmosfeer van planeten verwijderen. Als er 10 miljard witte dwergen in de Melkweg zijn, zouden er 1 miljoen zijn met planeten die koud spectroscopisch worden gedetecteerd. En dat zal ons begrip van hoe zonnestelsels evolueren opnieuw vormgeven.
Astronomen van de University of Warwick in het VK en de University of Valparaiso in de VS deden de ontdekking. Hun onderzoek is gepubliceerd in twee papers. Een paper is getiteld "Accretie van een gigantische planeet op een witte dwergster" en werd gepubliceerd in Nature. Het tweede artikel is getiteld "Cold Giant Planets Evaporated by Hot White Dwarfs" en werd gepubliceerd in Astrophysical Journal Letters.
Meer:
- Persbericht: Verborgen gigantische planeet onthuld rond kleine witte dwergster
- Research Paper: Cold Giant Planets Evaporated by Hot White Dwarfs
- Onderzoekspaper: aanwas van een gigantische planeet op een witte dwergster
- Space Magazine: het lijkt onmogelijk, maar op de een of andere manier heeft deze planeet de rode reuzenfase van de ster overleefd
