Astronomowie przyłapali gwiazdę na gorącym uczynku. Gdy pożerała planetę

Być może to czarne dziury są najlepiej znane ze swojej żarłoczności, ale nie są one jedynymi kosmicznymi obiektami, które przyciągają do siebie przelatujące w pobliżu ciała. Od lat pojawiają się dowody na to, że i białe karły mają podobne skłonności. Ba, dowody te pokazują, że pochłaniają one swoje własne planety.

Teraz astronomowie po raz pierwszy uchwycili białego karła pożerającego planetę w akcji. Zdradził go rozbłysk promieniowania rentgenowskiego, do którego doszło, kiedy materia planety opadła na powierzchnię gwiazdy.

„W końcu widzieliśmy materię faktycznie wchodzącą w atmosferę gwiazdy.”, powiedział astrofizyk Tim Cunningham z University of Warwick w Coventry w Wielkiej Brytanii. „Po raz pierwszy byliśmy w stanie wyznaczyć tempo akrecji, które nie bazuje na szczegółowych modelach atmosfery białego karła.”

Gwiezdne pozostałości

Czym tak właściwie jest biały karzeł? W skrócie, to gwiezdna pozostałość jądra większej gwiazdy. Za kilka miliardów lat Słońce stanie się białym karłem. Wpierw zamieni się jednak w czerwonego olbrzyma, pochłaniając Merkurego Wenus i być może też Ziemię, a potem zacznie zrzucać swoje warstwy. Gdy ustaną w nim reakcje jądrowe, jego jądro zapadnie się bardzo gęsty obiekt, emitujący między innymi promieniowanie widzialne – białego karła.

Białe karły są bardzo małe – z reguły pod względem rozmiarów podobne do Ziemi. Ich masa to jednak zupełnie inna kwestia – ta wynosi nawet do 1,4 masy Słońca.

Co ciekawe, mimo że białe karły powstają, gdy gwiazda wyrzuca w przestrzeń kosmiczna większość swojej zewnętrznej materii, czasem obserwuje się krążące wokół nich planety. W ostatnich latach zauważono też, że białe karły mogą przyciągać materię pochodzącą z towarzyszących im planet.

Poszlaki w postaci pierwiastków

Dotychczas dowody na to, że białe karły pożerają planety, przeważnie przyjmowały formę zaskakujących pierwiastków wykrywanych w ich atmosferach – takich jak żelazo, wapń i magnez. Są te pierwiastki na tyle ciężkie, że powinny zniknąć, zatapiając się w gęstym wnętrzu białego karła. Skoro to się nie stało, musiały wejść w skład gwiazdy stosunkowo niedawno – na przykład gdy ta pochłonęła materię krążącego wokół niej obiektu. Takie białe karły, w których wykryto wymieniono wspomniane pierwiastki, nazywa się „zanieczyszczonymi”. Nauka, która zajmuje się badaniem pożartych planet, poprzez analizę spektroskopową gwiazd, to z kolei nekroplanetologia.

„Wcześniejsze pomiary tempa akrecji wykorzystywały spektroskopię i były zależne od modeli białych karłów.”, wyjaśnił Cunningham.

Nowa praca poświęcona planetożerności białych karłów jest inna niż dotychczasowe. Zamiast pierwiastków w atmosferze gwiazdy jej autorzy wykryli wysokoenergetyczne promieniowanie wyemitowane, gdy materia z rozerwanej egzoplanety zderzyła się z gwiazdą.

Kiedy zwarty obiekt, taki jak biały karzeł lub czarna dziura, przyciąga inny obiekt, nie pożera go na raz w całości. Po pierwsze, przyciągane ciało najpierw doświadcza zakłóceń pływowych po czym za sprawą ogromnych działających na niego sił jest dosłownie rozrywane. Następnie pochodzący z niego strumień materii dosłownie nawija się na gwiazdę lub czarną dziurę, tworząc dysk. Biały karzeł lub czarna dziura wciągają materię z tego dysku stopniowo.

Jeśli materia pochodząca z martwej egzoplanety uderza w białego karła z wystarczająco dużą prędkością, generuje plazmę podgrzewaną do temperatur od 100 tysięcy do 1 miliona Kelvinów. Następnie osadza się na powierzchni gwiazdy i ochładza się, emitując przy tym promieniowanie rentgenowskie.

Biały karzeł uchwycony w akcji

Autorzy omawianej pracy wykorzystali Kosmiczny Teleskop Chandra, prowadzący obserwacje właśnie w zakresie promieniowania rentgenowskiego, by zbadać zanieczyszczonego białego karła o nazwie G 29-38, zlokalizowanego 57 lat świetlnych stąd. Uważa się, że jest on stosunkowo młody i powstał z gwiazdy ciągu głównego, która zrzuciła swe zewnętrzne warstwy zaledwie 600 milionów lat temu. Co istotne, wcześniejsze badania sugerowały, że jest on otoczony przez dysk gazu i zawiera w swojej atmosferze ciężkie pierwiastki.

Ilustracja przedstawiająca Kosmiczny Teleskop Chandra. | Źródło: NASA/CXC/NGST

Z pomocą Teleskopu Chandra naukowcy byli w stanie odizolować G 29-38 od innych źródeł promieniowania rentgenowskiego na niebie. Są oni zatem pewni, że w przypadku tego właśnie białego karła wykryli sygnał rentgenowski świadczący o tym, że obiekt jest w trakcie pożerania swojej egzoplanety, a w zasadzie już jej pozostałości. Odkrycie potwierdza więc, że białe karły pochłaniają planety.

Kto wie, w przyszłości być może przyłapiemy i innego białego karła na pożeraniu planety. Naukowcy z pewnością wykorzystają pozyskane dotychczas doświadczenie, by spróbować tego dokonać.

Źródło: EurekAlert, fot. tyt. University of Warwick/Mark Garlick