Астрономія
Астрономія

У поведінці сміття навколо білого карлика розгледіли планетне тіло

Британські астрономи запідозрили кандидата у планетне тіло біля білого карлика WD 1054–226 — зірки, яка припинила свої термоядерні реакції. На об'єкт вказують криві блиску, на яких кожні 25 годин можна помітити характерні зміни. Рівноважну температуру тіла оцінюють у 323 кельвіни, чого достатньо для збереження води у рідкому стані. Про знахідку вчені повідомили у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

CfA / Mark A. Garlick 

CfA / Mark A. Garlick

Що роблять планети біля білих карликів?

Більшу частину свого життя зірки проводять на головній послідовності діаграми Герцшпрунга-Рассела, де їхню енергетичну рівновагу підтримує нуклеосинтез. Так зірки повільно спалюють паливо у своїх ядрах і встигають обзавестися, наприклад, планетами. Далі, залежно від маси, життєві шляхи зірок розходяться і вони можуть припинити останні реакції та залишитися повільно, протягом мільярдів років, остигати у космосі. Останнє чекає на Сонце та всі зірки, які не перевищують його за масою більш ніж у 8 разів. Останній етап їхньої еволюції називають стадією білого карлика.

Втім, перш ніж перейти до цієї стадії, зорі переживають етап червоного гіганта, а все, що знаходилося поруч, на межі Роша, навпаки, не переживає цього і руйнується або ще під час перетворення зірки, або в результаті дії припливних сил самого білого карлика. На користь такого сценарію свідчать знайдені на близьких до білих карликів орбітах планетні уламки та забруднення ними атмосфери самих карликів.

Тобто планети не виживають?

Попри те, що астрономи вже знаходили на близьких орбітах біля білих карликів планети, поки важко точно сказати, що відбувається з планетною системою після перетворення батьківської зірки на білого карлика. З одного боку, розширення на стадії червоного гіганта має викликати катастрофічні наслідки і якщо не знищити, то принаймні збити планети з орбіт. Але з іншого, цілком імовірно, що планети, які були на орбітах подібно Юпітеру, можуть уникати руйнування, а потім мігрувати ближче до вже мертвої зірки. І, зрештою, можуть з'явитися так звані вторинні планети, що утворилися зі скинутої зіркою речовини, а не з протопланетного диска, коли зірка тільки народилася.

Цю інформацію можна отримати у тому числі за даними змін яскравості — транзитів, коли якесь непрозоре тіло проходитиме на тлі білого карлика. І сьогодні ми знаємо вже сім таких транзитних світил, які допоможуть розібратися, що відбувається із системою після смерті її зірки.

Власне у зв'язку з цим астрономи Університетського коледжу Лондона спільно з колегами з Америки, Швеції та Іспанії взялися за забрудненого білого карлика WD 1054–226 на відстані близько 118 світлових років від нас. Криву його блиску відстежили за допомогою телескопів TESS, «Спітцер», а також спектрографа UVES і надшвидкої камери ULTRACAM, яка на той момент була встановлена ​​на телескопі NTT (New Technology Telescope) в Чилі в обсерваторії Ла-Сілья. Так і відшукали періодичні зміни блиску, які можуть вказувати на транзитні тіла.

WD 1054–226 на зображенні «Спітцера». J Farihi et al. / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021

WD 1054–226 на зображенні «Спітцера». J Farihi et al. / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021

То що побачили телескопи?

Серед багатих на метали білих карликів WD 1054–226 з типовим вмістом марганцю, алюмінію, заліза і кальцію не виділяється ні за масою, яка складає 0,62 сонячної, ні за температурою, яку оцінили у 7910 кельвінів. Тобто WD 1054–226 — це типовий, відносно холодний білий карлик з водневою атмосферою, який зійшов з головної послідовності і почав остигати приблизно 1,3 мільярда років тому.

Крива блиску WD 1054–226 незвичайна тим, що зірка залишається закритою протягом усього періоду оберту речовини, що проходить повз неї — на кривій блиску немає ділянки, яка б відповідала світлу зірки поза транзитом. Це узгоджується з тим, що астрономи дивляться на карлика крізь кільце уламків, однак деякі транзитні форми WD 1054–226 виявилися складнішими.

Крива блиску WD 1054–226, отримана ULTRACAM. J Farihi et al. / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021 

Крива блиску WD 1054–226, отримана ULTRACAM. J Farihi et al. / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021

Дані показують, що зірка також оточена кільцем з 65 об'єктів, рівномірно розташованих на своїх орбітах. Криві блиску ULTRACAM показують, що деякі структури затемнення повторюються кожні 25,02 години. Це підтвердив і TESS. Крім цього вчені виявили транзитну подію з 23,1-хвилинним періодом, яку не можна пояснити впливом самого білого карлика, проте можна назвати фрагментом більшого батьківського тіла, яке подібно до «нитки перлів» може слідувати за тілом на орбіті 25,02 години. Таким чином, поведінку транзитних об'єктів можна пояснити наявністю великого планетарного тіла, температуру якого на такій відстані можна оцінити в 323 кельвіни, якої достатньо для підтримки води в рідкому вигляді.

Також ми розповідали, що вчені знайшли в атмосферах забруднених білих карликів сліди кори розірваних ними планет, а американським астроному у парі з геологом вдалося оцінити склад мантій зруйнованих карликами планет за сполуками в атмосфері зірок. А попри те, що білим карликам нема чого спалювати, вони вдаються до реакцій з воднем у своїй оболонці, що відстрочує їм повне охолодження.


Фото в анонсі: CfA / Mark A. Garlick