Co sprawia, że asteroidy zachowują duże fragmenty po zbliżeniu do białego karła?
Zespół naukowców, któremu przewodził Jordan Steckloff z Planetary Science Institute (PSI), przeanalizował los asteroid przemieszczających się w pobliżu białych karłów. Są to gęste pozostałości gwiazd, które zakończyły już etap spalania paliwa jądrowego. Oddziaływanie grawitacyjne tych obiektów może doprowadzić do rozerwania zbliżających się do nich ciał. Wyniki badania wskazują jednak, że pierwszym następstwem takiego zdarzenia nie jest powstanie pyłu. Większość materiału pozostaje wówczas skupiona w większych odłamkach. Rezultaty pracy, opublikowane w czasopiśmie „The Astrophysical Journal Letters”, pozwalają uwzględnić etap ewolucji szczątków, który wcześniej nie był dostatecznie brany pod uwagę.
Badacze opisują zjawisko określane mianem „bariery kilometrowej” (ang. „kilometer-size barrier”). Ogranicza ono możliwość rozdrabniania materii asteroid pod wpływem grawitacji białego karła.
Wokół wielu białych karłów występują dyski szczątków pochodzących z ciał planetarnych. Znajduje się w nich między innymi pył powstały z asteroid i innych obiektów rozerwanych przez oddziaływanie grawitacyjne gwiazdy. Wcześniejsze modele opierały się na założeniu, że takie ciała są zbudowane z luźno związanych ze sobą skalnych okruchów. Przyjmowano więc, że mogą one stopniowo rozpadać się na coraz drobniejsze części, prowadząc ostatecznie do powstania pyłu.
Jaka właściwość asteroid utrudnia ich rozpad na drobny pył?
Według autorów badania wcześniejsze obliczenia nie uwzględniały w wystarczającym stopniu spójności wewnętrznej asteroid złożonych z luźnych odłamków. Nawet niewielkie oddziaływania między ziarnami i cząstkami pomagają utrzymać je razem, przez co dalsze rozdrabnianie napotyka opór.
Podobną właściwość mają również komety. Ich składniki są przyciągane przez niewielkie siły van der Waalsa, które nadają całemu obiektowi minimalną wytrzymałość. Jak wyjaśniają naukowcy, jest ona od 10 do 100 razy słabsza niż spójność świeżo spadłego śniegu, ale mimo to wpływa na przebieg rozpadu.
W swoich obliczeniach zespół uwzględnił wytrzymałość wewnętrzną asteroid, ich gęstość oraz oddziałujące na nie siły grawitacyjne. Otrzymane wyniki wskazały, że po rozpadzie większość materii tworzyła fragmenty o wielkości wynoszącej od około 0,1 do 1 kilometra.
Jakie procesy prowadzą do powstania pyłu wokół białych karłów?
Tak duże odłamki nie podlegają w istotnym stopniu efektowi Poyntinga-Robertsona. Zjawisko to polega na stopniowym przemieszczaniu się niewielkich cząstek w kierunku gwiazdy w następstwie pochłaniania i ponownego emitowania jej promieniowania. W przypadku większych fragmentów potrzebne są zatem inne mechanizmy, aby mogły one przekształcić się w drobny pył wykrywany w otoczeniu białych karłów. Należą do nich między innymi kolizje z innymi obiektami oraz rozpad wywołany rotacją.
Podobne procesy można zaobserwować także w Układzie Słonecznym. W 1992 roku kometa Shoemaker-Levy 9 znalazła się w pobliżu Jowisza, którego grawitacja rozdzieliła ją na liczne duże części. Ich rozmiary wynosiły około 100–1000 metrów, a później odłamki uderzyły w gazowego olbrzyma. Oddziaływanie sił pływowych przyczyniło się również do powstania rodzin komet przemierzających obszary położone bardzo blisko Słońca.
Analizy wykazały ponadto, że części asteroid powstałe w wyniku rozpadu poruszają się po orbitach bardzo zbliżonych do siebie. W efekcie szczątki mogą tworzyć bardziej skoncentrowane skupiska wokół białych karłów, niż wskazywały wcześniejsze modele.
Zdaniem astronomów zrozumienie sposobu powstawania i przemian materii otaczającej białe karły ma znaczenie dla prawidłowego odczytywania obserwacji tych obiektów. Wiedza o tych procesach pozwoli dokładniej poznać los niewielkich ciał krążących wokół gwiazd u schyłku ich ewolucji.
Mariusz Drzewiecki
