Objetos rochosos e gelados foram identificados entre os detritos na superfície de uma estrela anã branca

“Tire seus mortos!” Loops no ar no clássico filme “Monty Python and the Holy Grail”, uma cena paralela do que acontece por aí[{” attribute=””>white dwarf star in a nearby planetary system. The dead star is “ringing” its own bell, calling out to the “dead” to collect at its footsteps. The white dwarf is all that remains after a Sun-like star has exhausted its nuclear fuel and expelled most of its outer material – decimating objects in the planetary system that orbit it. What’s left is a band of players with unpredictable orbits that – despite protests that they “aren’t dead yet!” – will ultimately be captured by the central star.

How do we know? The bodies consumed by the star leave telltale “fingerprints” – caught by the Hubble Space Telescope and other NASA observatories – on its surface. The spectral evidence shows that the white dwarf is siphoning off both rocky-metallic and icy material – debris from both its system’s inner and outer reaches. Uncovering evidence of icy bodies is intriguing, since it implies that a “water reservoir” might be common on the edges of planetary systems, improving the chances for the emergence of life as we know it.

A dor da morte de uma estrela interrompeu tão violentamente o sistema planetário que a estrela morta que ela deixou para trás, chamada anã branca, está puxando detritos das cúspides internas e externas do sistema. Esta é a primeira vez que os astrônomos observaram uma estrela anã branca consumindo materiais rochosos minerais e gelados, que são os componentes dos planetas. Dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA e de outros observatórios da NASA foram essenciais para diagnosticar este caso de canibalismo cósmico. Os resultados ajudam a descrever a natureza violenta dos sistemas planetários avançados e podem informar os astrônomos sobre a composição dos sistemas recém-formados. crédito: Goddard Space Flight Center da NASA; Produtor principal: Paul Morris

A estrela morta apanhada destruindo o sistema planetário

A dor da morte de uma estrela interrompeu tão violentamente o sistema planetário que a estrela morta que ela deixou para trás, chamada anã branca, está puxando detritos das protuberâncias internas e externas do sistema. Esta é a primeira vez que os astrônomos observaram uma estrela anã branca consumindo material rochoso mineral e gelado, que são os componentes dos planetas.

Dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA e de outros observatórios da NASA foram essenciais para diagnosticar este caso de canibalismo cósmico. Os resultados ajudam a descrever a natureza violenta dos sistemas planetários avançados e podem informar os astrônomos sobre a composição dos sistemas recém-formados.

Os resultados são baseados na análise de material capturado pela atmosfera da estrela anã branca próxima G238-44. Uma anã branca é o que resta de uma estrela como o nosso sol depois de remover suas camadas externas e parar de queimar combustível através da fusão nuclear. “Nós nunca vimos esses dois tipos de corpos se acumulando em uma anã branca ao mesmo tempo”, disse Ted Johnson, investigador principal e recém-formado da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA). “Ao estudar essas anãs brancas, esperamos obter uma melhor compreensão dos sistemas planetários ainda intactos.”

Esta ilustração do sistema planetário G238-44 traça sua destruição. Uma pequena estrela anã branca está no centro da ação. O disco de acreção extremamente fraco consiste em pedaços de corpos esfarrapados caindo sobre a anã branca. Os asteróides e os corpos planetários restantes formam um reservatório de material ao redor da estrela. Os planetas gigantes gasosos maiores ainda podem estar no sistema. Muito mais longe está um cinturão de corpos gelados, como cometas, que também eventualmente alimentam a estrela morta. Crédito: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

As descobertas também são interessantes porque corpos pequenos e gelados são responsáveis ​​por colidir e “irrigar” os planetas secos e rochosos em nosso sistema solar. Bilhões de anos atrás, acredita-se que cometas e asteróides tenham fornecido água à Terra, criando as condições necessárias para a vida como a conhecemos. A composição dos corpos observados chovendo na anã branca sugere que reservatórios gelados podem ser comuns entre sistemas planetários, disse Johnson.

“A vida como a conhecemos requer um planeta rochoso coberto com uma variedade de elementos, como carbono, nitrogênio e oxigênio”, disse Benjamin Zuckerman, professor e coautor da UCLA. “A abundância de elementos que vemos nesta anã branca parece exigir um corpo principal rochoso e rico em volatilidade – o primeiro exemplo que encontramos entre os estudos de centenas de anãs brancas”.

demolir derby

As teorias da evolução do sistema planetário descrevem a transição entre a estrela gigante vermelha e as fases anã branca como um processo caótico. Uma estrela está perdendo rapidamente suas camadas externas e as órbitas de seus planetas mudam drasticamente. Objetos pequenos, como asteroides e planetas anões, podem se aventurar perto de planetas gigantes e cair em direção à estrela. Este estudo confirma a verdadeira escala desta fase caótica violenta, mostrando que dentro de 100 milhões de anos após o início da fase anã branca, a estrela é capaz de capturar e consumir simultaneamente material do cinturão de asteróides e regiões semelhantes ao cinturão de Kuiper.

A massa total estimada devorada pela anã branca neste estudo pode não ser maior que a massa de um asteroide ou uma pequena lua. Embora a presença de pelo menos dois objetos consumidos pela anã branca não seja medida diretamente, é provável que um seja tão rico em minerais quanto um asteroide e o outro seja um objeto gelado semelhante ao encontrado nas franjas do nosso sistema solar no Cinturão de Kuiper.

Embora os astrônomos tenham classificado mais de 5.000 exoplanetas, a Terra é o único planeta para o qual temos algum conhecimento direto de sua composição interna. O canibalismo de anãs brancas oferece uma oportunidade única de separar planetas e aprender do que eles eram feitos quando se formaram ao redor da estrela.

A equipe mediu a presença de nitrogênio, oxigênio, magnésio, silício e ferro, entre outros elementos. A descoberta de ferro em quantidades muito grandes é evidência da existência de núcleos metálicos de planetas terrestres, como a Terra,[{” attribute=””>Venus, Mars, and Mercury. Unexpectedly high nitrogen abundances led them to conclude the presence of icy bodies. “The best fit for our data was a nearly two-to-one mix of Mercury-like material and comet-like material, which is made up of ice and dust,” Johnson said. “Iron metal and nitrogen ice each suggest wildly different conditions of planetary formation. There is no known solar system object with so much of both.”

Death of a Planetary System

When a star like our Sun expands into a bloated red giant late in its life, it will shed mass by puffing off its outer layers. One consequence of this can be the gravitational scattering of small objects like asteroids, comets, and moons by any remaining large planets. Like pinballs in an arcade game, the surviving objects can be thrown into highly eccentric orbits.

“After the red giant phase, the white dwarf star that remains is compact – no larger than Earth. The wayward planets end up getting very close to the star and experience powerful tidal forces that tear them apart, creating a gaseous and dusty disk that eventually falls onto the white dwarf’s surface,” Johnson explained.

The researchers are looking at the ultimate scenario for the Sun’s evolution, 5 billion years from now. Earth might be completely vaporized along with the inner planets. But the orbits of many of the asteroids in the main asteroid belt will be gravitationally perturbed by Jupiter and will eventually fall onto the white dwarf that the remnant Sun will become.

For over two years, the research group at UCLA, the University of California, San Diego, and the Kiel University in Germany, has worked to unravel this mystery by analyzing the elements detected on the white dwarf star cataloged as G238-44. Their analysis includes data from NASA’s retired Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), the Keck Observatory’s High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) in Hawaii, and the Hubble Space Telescope’s Cosmic Origins Spectrograph (COS) and Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).

The team’s results were presented at an American Astronomical Society (AAS) press conference on Wednesday, June 15, 2022.

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between NASA and ESA (European Space Agency). NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy, in Washington, D.C.