Martwa gwiazda z podwójnym dyskiem i śladami planet

Astronomowie korzystający z Bardzo Dużego Teleskopu ESO odkryli wyjątkowy układ pozostały po śmierci gwiazdy podobnej do Słońca. Wokół białego karła WD J1328−1450 krążą dwa oddzielne pierścienie gazu, a ich nietypowa budowa może być śladem planetozymali, które przetrwały gwałtowną przemianę gwiazdy macierzystej.

Wizja artystyczna białego karła WD J1328−1450 otoczonego dwoma koncentrycznymi pierścieniami gazu, rozdzielonymi wyraźną przerwą. Niniejszą wizualizację artystyczną wykonała Maria Cristina Fortuna we współpracy z głównym autorem artykułu. Źródło: Fortuna i Gentile Fusillo

Układ po gwiezdnej katastrofie

Biały karzeł to gęste, wypalone jądro pozostawione przez gwiazdę podobną do Słońca po wyczerpaniu jej paliwa jądrowego. Zanim gwiazda stała się takim obiektem, urosła do rozmiarów czerwonego olbrzyma i odrzuciła swoje zewnętrzne warstwy. W tym procesie mogła pochłonąć lub zniszczyć planety znajdujące się blisko niej.

Obiekt WD J1328−1450 leży około 1600 lat świetlnych od Ziemi. Wokół niego astronomowie zaobserwowali nie jeden, lecz dwa koncentryczne pierścienie gazu, rozdzielone wyraźną pustą przerwą. To pierwsza tak złożona struktura tego typu odkryta wokół białego karła.

Dwa pierścienie, dwie prędkości

Obserwacje wykonano instrumentem X-Shooter na Bardzo Dużym Teleskopie ESO w Chile. Spektroskop pozwolił zmierzyć prędkość gazów krążących wokół martwej gwiazdy. Zamiast jednego sygnału z dwoma pikami, typowego dla pojedynczego dysku, badacze zobaczyli cztery piki.

Taki wynik wskazuje, że gaz porusza się z dwiema różnymi prędkościami, a więc znajduje się w dwóch oddzielnych pierścieniach. Wewnętrzny rozciąga się mniej więcej od 100 tysięcy do 240 tysięcy kilometrów od gwiazdy, a zewnętrzny — od około 375 tysięcy do ponad 1,3 miliona kilometrów.

Powtarzane obserwacje z lat 2021–2023 pokazały, że struktura pozostawała stabilna przez ponad dwa lata. To ważne, ponieważ sugeruje, że nie był to chwilowy efekt zderzenia czy krótkotrwałego wydarzenia, lecz trwały układ.

**Prawdopodobni strażnicy pierścieni**

Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest obecność dwóch planetozymali — ciał skalistych, które przetrwały śmierć gwiazdy. Krążąc wewnątrz swoich pierścieni, oddziałują z otaczającym pyłem i uwalniają gaz, który tworzy obserwowane struktury.

Ciał tych nie widać bezpośrednio. Astronomowie mogą jedynie oszacować ich możliwe rozmiary na podstawie odległości od białego karła. Wewnętrzny obiekt powinien mieć rozmiary typowej planetoidy, czyli kilka kilometrów. Zewnętrzny może być znacznie większy — porównywalny z Plutonem, a nawet z Księżycem.

W gazie wykryto także wapń, tlen, magnez i żelazo. Taki skład przypomina materiał skalisty znany z Układu Słonecznego. Co ciekawe, pierścienie różnią się między sobą: wewnętrzny jest bogaty w magnez, a zewnętrzny zawiera go znacznie mniej. Może to oznaczać, że materia pochodzi z dwóch ciał o odmiennym składzie albo z różnych warstw jednego obiektu, na przykład z jego skorupy i jądra.

Przedsmak przyszłości Układu Słonecznego

Odkrycie pokazuje, że układy planetarne mogą pozostawiać po sobie ślady długo po śmierci gwiazdy macierzystej. Nie wszystkie skaliste ciała muszą zostać zniszczone, nawet jeśli gwiazda przechodzi przez fazę czerwonego olbrzyma. Część obiektów może przetrwać na dalszych orbitach, choć ich otoczenie będzie już zupełnie inne.

Podobny los czeka w odległej przyszłości Słońce. Za około pięć miliardów lat nasza gwiazda opuści stabilny etap spalania wodoru, rozrośnie się do postaci czerwonego olbrzyma, a następnie pozostawi po sobie białego karła. Taki proces może zniszczyć Ziemię, choć dalsze obiekty Układu Słonecznego mogą przetrwać dłużej.

WD J1328−1450 nie jest więc jedynie ciekawostką dotyczącą odległego układu. To naturalne laboratorium, w którym można badać, co dzieje się z planetami i mniejszymi ciałami po śmierci ich gwiazdy.

Dlaczego to ważne?

Układy wokół białych karłów pozwalają astronomom badać planetarne życie po życiu. Analiza ich dysków może ujawnić, z czego zbudowane były dawne planety, jak zachowuje się materia po ich zniszczeniu i które obiekty mają szansę przetrwać śmierć gwiazdy.

Podwójny dysk wokół WD J1328−1450 pokazuje ponadto, że struktury wokół martwych gwiazd mogą być znacznie bardziej złożone, niż dotąd sądzono. Dalsze obserwacje mogą pomóc ustalić, czy dwa podejrzewane planetozymale rzeczywiście istnieją i jak dokładnie utrzymują tę niezwykłą konfigurację.