Co dzieje się z układami planetarnymi po śmierci gwiazdy?
Białe karły to gęste pozostałości po gwiazdach, które zakończyły reakcje termojądrowe i odrzuciły swoje zewnętrzne warstwy. Ich badanie pozwala astronomom lepiej poznawać powstawanie i ewolucję układów planetarnych. Obiekty te są znane od ponad stu lat, jednak większości z nich nie można zobaczyć gołym okiem, ponieważ świecą zbyt słabo lub znajdują się zbyt daleko.
Mimo zakończenia aktywności jądrowej białe karły mogą nadal pochłaniać komety, asteroidy, a nawet planety, które zbliżą się do nich na niewielką odległość. Materia ta zostaje rozbita na poszczególne pierwiastki, których skład astronomowie mogą następnie analizować. Dzięki temu uzyskują informacje o budowie i historii układów planetarnych, niedostępne za pomocą innych metod.
W nowym badaniu naukowcy z University of Michigan i University of Colorado Boulder wskazali, że zjawisko określane jako zanieczyszczenie białych karłów (white dwarf pollution) może zachodzić znacznie intensywniej, niż dotychczas przypuszczano. Wyniki pracy opublikowano w serwisie „arXiv”.
Według badaczy ilość materii dostającej się do białych karłów może być znacznie większa, niż sugerują dotychczasowe pomiary. Możliwe jest również, że pozostałości układów planetarnych występują wokół tych obiektów częściej, niż wcześniej zakładano. Wyniki wskazują zarazem, że aktywność układów planetarnych nie musi ustawać wraz ze śmiercią gwiazdy, wokół której krążą.
Sposób, w jaki gwiazdy kończą swoje życie, zależy od ich masy. Najmasywniejsze obiekty wybuchają jako supernowe, natomiast mniejsze, takie jak Słońce, odrzucają zewnętrzne warstwy. Do tej drugiej grupy należy około 97 proc. gwiazd Drogi Mlecznej.
Po odrzuceniu zewnętrznych warstw pozostaje jądro gwiazdy, czyli biały karzeł. Jego masa może być zbliżona do masy Słońca, chociaż objętość odpowiada mniej więcej objętości Ziemi. Po ustaniu reakcji jądrowych znika źródło energii, które wcześniej przeciwdziałało zapadaniu się gwiazdy pod wpływem grawitacji. W efekcie jej jądro kurczy się do niewielkich rozmiarów.
Białe karły nie prowadzą już fuzji jądrowej, ale nadal są gorące i świecą. Astronomowie badają je za pomocą teleskopów i spektrometrów, które pozwalają analizować ich właściwości. Dzięki tym obserwacjom odkryto również, że zanieczyszczenie białych karłów jest zjawiskiem powszechnym.
W jaki sposób białe karły pochłaniają materię?
Ze względu na ogromną gęstość białych karłów pierwiastki dostające się do ich atmosfer powinny szybko opadać w głąb gwiazdy i znikać, zanim naukowcy zdążą je wykryć. Mimo to oznaki zanieczyszczenia zaobserwowano u około 50 proc. znanych obiektów tego rodzaju.
Obserwacje sugerują, że białe karły muszą przyjmować znaczne ilości materii. Jej napływ powinien przynajmniej równoważyć ilość pierwiastków opadających w głąb gwiazdy. Model opracowany w ramach nowego badania wskazuje jednak, że tempo tego procesu może być większe, niż dotychczas zakładano.
Naukowcy przeanalizowali także wpływ pól magnetycznych na zanieczyszczenie białych karłów. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że pola te mogą skupiać napływającą materię w niewielkich obszarach położonych w pobliżu biegunów magnetycznych gwiazdy.
Badacze porównują ten mechanizm do powstawania zórz polarnych na Ziemi. Naładowane cząstki docierające ze Słońca przemieszczają się wzdłuż linii pola magnetycznego naszej planety i trafiają do określonych obszarów atmosfery, gdzie powstają zorze. W przypadku białych karłów podobny proces miałby dotyczyć materii pochodzącej z otaczającego je układu planetarnego.
Gdyby materia koncentrowała się w kilku niewielkich obszarach, tempo jej napływu musiałoby być znacznie większe, niż gdyby rozkładała się równomiernie na całej powierzchni białego karła. Wykrycie takich stref jest jednak bardzo trudne przy użyciu obecnych metod obserwacyjnych, dlatego naukowcy nie mogą jeszcze jednoznacznie potwierdzić tej hipotezy.
Właściwości dwóch znanych białych karłów wydają się zgodne z przewidywaniami modelu. Liczba ta jest jednak zbyt mała, aby uznać proponowane wyjaśnienie za potwierdzone.
Badanie wskazuje również na problem dotyczący ilości materii pochodzącej z układów planetarnych, która musiałaby otaczać białe karły, aby wyjaśnić obliczone przez naukowców tempo jej napływu. Z szacunków wynika, że materiału tego musiałoby być około 100 razy więcej, niż zakładano wcześniej. Dotychczasowe obliczenia uwzględniały pewien margines błędu, jednak tak dużej rozbieżności niełatwo jest wyjaśnić.
Mariusz Drzewiecki
