Наука

В атмосферах белых карликов дрейфуют остатки их планет

В статье, опубликованной 11 февраля в журнале Nature Astronomy, группа астрономов описала, как используя данные космического Gaia она заглянула в атмосферы четырех белых карликов — звезд, которые сожгли все свое топливо.

Белые карлики образуются в процессе эволюции звёзд, чья масса не превышает 8-10 масс Солнца, и недостаточна для превращения в нейтронную звезду. Эти мертвые, лишённые источников термоядерной энергии остатки звезд, слабо светятся благодаря остаточной тепловой энергии, постепенно остывая и краснея.

Анализируя спектры излучений четырех белых карликов, команда обнаружила в них четкие следы лития, натрия и калия — металлов, которых много в корках планет. Притом, интенсивность излучения этих элементов говорила именно о том их соотношении, какого можно было ожидать на скалистой планете.

По мнению авторов работы, это говорит о том, что каждый из нынешних белых карликов когда-то находился в центре звездной системы, мало чем отличавшейся от Солнечной. Затем, вступив в эпоху умирания, эти звезды разорвали свои планеты и поглотили их останки. Наша солнечная система тоже может разделить эту судьбу.

Когда звезды умирают

За несколько миллиардов лет звезды с массой от 0,1 до 8 масс Солнца полностью сжигают свое ядерное топливо. Когда это происходит, они сбрасывают свои огненные внешние слои и съеживаются в горячее белое компактное ядро, которое упаковывает половину солнечной массы в шар не больше Земли. Это и есть белый карлик.

Эти тлеющие шары обладают чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, и поначалу невероятно горячие и яркие. Но чем старше становится белый карлик, тем он холоднее и тусклее и тем больше длины волн излучаемого им света. Изучая спектры карликов астрономы могут установить элементный состав их атмосферы.

По словам исследователей, в атмосфере большинства белых карликов преобладает водород или гелий, но они могут «загрязняться» другими элементами, если интенсивная гравитация мертвой звезды втягивает материал из окружающего ее пространства. Так, если, например, белый карлик захватывает куски разбитой планеты, то элементы, входившие в ее состав, дают составляющие спектра, которые могут обнаружить астрономы.

Анализируя спектры четырех старых белых карликов в пределах 130 световых лет от Земли, астрономы пытались понять, есть ли в их атмосфере следы планетных останков. Каждой мертвой звезде было от 5 до 10 миллиардов лет, и она была достаточно холодной, чтобы было обнаружить излучение металлов, исходящее из ее атмосферы.

Во всех четырех случаях исследователи обнаружили комбинацию лития и других металлов, которая соответствовала обычному составу планетного мусора. Одна звезда, которую команда наблюдала особенно отчетливо, содержала в своей атмосфере металлы, которые почти идеально соответствовали континентальной коре Земли.

Этому есть только объяснение: старые белые карлики все еще хранят тлеющие останки тех планет, которые когда-то вращались вокруг них. Чтобы оказаться в атмосфере белого карлика, эти планетарные останки должны были быть втянуты в нее сильной гравитацией миллионы лет назад, когда звезда завершила свое существование в стадии красного гиганта и выбросила внешние слои газа в космос.

Любые планеты, близкие к звезде, были бы уничтожены во время фазы красных гигантов, точно так же, как Меркурий, Венера и, возможно, Земля будут поглощены нашим Солнцем в ходе его эволюции. Но более далекие от звезды планеты могли дожить и до стадии белого карлика.

После сброса внешних слоев масса белого карлика составляет не более половины массы красного гиганта. Это изменяет орбиты оставшихся планет, и увеличивает риск их столкновений. Как следствие, звездная система наполняется разбитыми скалистыми останками мертвых миров. Некоторые из них могут оказаться достаточно близко к белому карлику, чтобы быть захваченными им.

Как устроена Вселенная

По материалам Live Science

Солнечная система может погибнуть раньше, чем предполагалось

Вокруг Света