Planeta z popiołów gwiazdy: Hubble rozwiązuje kosmiczną zagadkę

Archiwalny zimny przypadek Hubble’a

Ponad ćwierć wieku temu Kosmiczny Teleskop Hubble’a zarejestrował widmo białego karła HS 0209+0832. W danych z 1999 roku było około stu niezidentyfikowanych cech chemicznych. Zagadkowe sygnały trafiły do archiwum i przez lata pozostawały bez wyjaśnienia.

Teraz wrócił do nich Jamie Williams, doktorant z Uniwersytetu Warwick. Korzystając z nowszej bazy danych linii widmowych pierwiastków, zidentyfikował wiele tajemniczych sygnałów jako ślady niobu – ciężkiego pierwiastka, którego wcześniej nie wykryto w analizowanym układzie białego karła.

To znalezisko doprowadziło badaczy do niezwykłej hipotezy. Wokół HS 0209+0832 może krążyć planeta drugiej generacji: obiekt, który powstał nie w młodym dysku protoplanetarnym, lecz z materii wyrzuconej przez gwiazdę u kresu jej życia.

Czym jest biały karzeł?

Biały karzeł to gęste, gorące jądro gwiazdy o małej lub średniej masie, która zużyła paliwo jądrowe. Taka gwiazda odrzuca zewnętrzne warstwy gazu i pyłu, a jej centralne pozostałości stopniowo stygną przez miliardy lat.

Nasze Słońce również zakończy życie w ten sposób, choć nastąpi to dopiero za około 5 miliardów lat. Po fazie czerwonego olbrzyma pozostanie po nim biały karzeł, otoczony rozproszoną materią z dawnych zewnętrznych warstw gwiazdy.

Planety Układu Słonecznego są planetami pierwszej generacji: narodziły się z gazu i pyłu, które pozostały po uformowaniu się Słońca. Planeta drugiej generacji powstałaby później – z materii wyrzuconej przez gwiazdę w końcowym etapie jej ewolucji.

Niob jako ślad gwiezdnej śmierci

Niob jest pierwiastkiem cięższym od żelaza. Takie pierwiastki nie powstają podczas zwykłych reakcji termojądrowych, które napędzają gwiazdy przez większość ich życia. Ich synteza wymaga znacznie bardziej ekstremalnych warunków, pojawiających się w późnych etapach ewolucji gwiazd.

W układzie HS 0209+0832 Hubble wykrył wyjątkowo dużą ilość niobu. Zdaniem zespołu może to być ślad materii chemicznie wzbogaconej podczas śmierci gwiazdy, z której następnie mógł utworzyć się gazowy olbrzym.

Ważne jest jednak zachowanie ostrożności. Nie obserwujemy bezpośrednio samej planety, lecz zestaw pośrednich poszlak: nietypowy skład chemiczny materii otaczającej białego karła oraz okresowe zmiany jego jasności. Dlatego naukowcy mówią o kandydacie na planetę drugiej generacji.

Planeta blisko martwej gwiazdy

Obserwacje zarchiwizowane przez Hubble’a potwierdzono danymi z zakończonej już misji FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer). Ten teleskop również zarejestrował silne sygnatury niobu w układzie HS 0209+0832.

Kolejnej wskazówki dostarczył satelita TESS, przeznaczony do poszukiwania egzoplanet. Przez cztery miesiące mierzył on zmiany jasności białego karła i wykrył okresowe wahania, które wskazują na obecność obiektu krążącego wokół gwiazdy.

Zespół szacuje, że kandydat na planetę ma rozmiar zbliżony do Jowisza i porusza się w odległości około 6 milionów kilometrów od białego karła. To znacznie bliżej niż Merkury krąży wokół Słońca.

Atmosfera uciekająca w kosmos

HS 0209+0832 jest stosunkowo młodym, a więc nadal bardzo gorącym białym karłem. Jeżeli planeta rzeczywiście krąży tak blisko niego, musi być poddawana silnemu promieniowaniu, które stopniowo zdmuchuje jej atmosferę w przestrzeń kosmiczną.

Badacze przypuszczają, że uciekający gaz może tworzyć długi, kometopodobny ogon. Materia z ogona miałaby zasilać dysk wokół białego karła, a część tego gazu opadałaby następnie na jego powierzchnię. To mogłoby tłumaczyć, dlaczego Hubble dostrzega w widmie gwiazdy tak dużo niobu.

Nie oznacza to jednak, że planeta musi szybko zniknąć. Autorzy badań przypuszczają, że mimo utraty atmosfery może przetrwać długo, a wraz ze stygnięciem białego karła znajdzie się w bardziej stabilnych warunkach termicznych.

Drugi akt układów planetarnych

Jeśli ta interpretacja zostanie potwierdzona, HS 0209+0832 stanie się pierwszym znanym przypadkiem układu z wyraźnymi oznakami planety uformowanej z materii związanej ze śmiercią gwiazdy. Byłby to dowód, że układy planetarne mogą przechodzić przez więcej niż jedną fazę powstawania światów.

To również przypomnienie o wartości archiwów naukowych. Dane Hubble’a z 1999 roku nie zmieniły się przez lata, ale zmieniły się narzędzia astronomów: dokładniejsze bazy danych atomowych, dodatkowe obserwacje w ultrafiolecie i precyzyjna fotometria z TESS pozwoliły spojrzeć na dawną zagadkę w nowy sposób.

Badacze chcą teraz wykorzystać Hubble’a do poszukiwania kolejnych podobnych układów. Kluczowe pytania pozostają otwarte: czy planety drugiej generacji rzeczywiście istnieją, jak często powstają i czy mogą przetrwać wokół martwych gwiazd przez bardzo długi czas?

Źródła

Główne źródło:

• ESA/Hubble, Suspected second-generation planet solves Hubble cold case,

Źródła kontekstowe:

• NASA, Hubble Space Telescope,
• NASA, TESS – Transiting Exoplanet Survey Satellite,
• NASA, FUSE – Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer

Opracowanie: Agnieszka Nowak