Cả hai vật thể đá và băng giá đã được xác định trong số các mảnh vỡ trên bề mặt của một ngôi sao lùn trắng

“Lấy ra chết của ngươi!” Lặp lại trong không khí trong bộ phim kinh điển “Monty Python và Chén Thánh”, một cảnh song song về những gì xảy ra xung quanh[{” 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.

Nỗi đau về cái chết của một ngôi sao đã phá vỡ hệ thống hành tinh một cách dữ dội đến mức ngôi sao chết mà nó để lại, được gọi là sao lùn trắng, đang kéo các mảnh vỡ từ các chỗ phồng bên trong và bên ngoài của hệ thống. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học quan sát thấy một ngôi sao lùn trắng tiêu thụ cả khoáng chất và vật chất đá băng, vốn là thành phần của các hành tinh. Dữ liệu lưu trữ từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và các đài quan sát khác của NASA là rất cần thiết trong việc chẩn đoán trường hợp ăn thịt đồng loại trong vũ trụ này. Kết quả giúp mô tả bản chất bạo lực của các hệ hành tinh tiên tiến và có thể cho các nhà thiên văn biết về cấu tạo của các hệ mới hình thành. tín dụng: Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA; Nhà sản xuất chính: Paul Morris

Ngôi sao chết bắt đầu xé nát hệ hành tinh

Nỗi đau về cái chết của một ngôi sao đã phá vỡ hệ thống hành tinh một cách dữ dội đến mức ngôi sao chết mà nó để lại, được gọi là sao lùn trắng, đang kéo các mảnh vỡ từ các chỗ phồng bên trong và bên ngoài của hệ thống. Đây là lần đầu tiên các nhà thiên văn học quan sát thấy một ngôi sao lùn trắng tiêu thụ cả khoáng chất và vật chất đá băng, vốn là thành phần của các hành tinh.

Dữ liệu lưu trữ từ Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và các đài quan sát khác của NASA rất cần thiết trong việc chẩn đoán trường hợp ăn thịt đồng loại trong vũ trụ này. Kết quả giúp mô tả bản chất bạo lực của các hệ hành tinh tiên tiến và có thể cho các nhà thiên văn biết về cấu tạo của các hệ mới hình thành.

Kết quả dựa trên phân tích vật chất được chụp bởi bầu khí quyển của ngôi sao lùn trắng G238-44 gần đó. Sao lùn trắng là những gì còn lại của một ngôi sao giống như mặt trời của chúng ta sau khi nó loại bỏ các lớp bên ngoài và ngừng đốt nhiên liệu thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Ted Johnson, nhà điều tra chính và vừa tốt nghiệp Đại học California, Los Angeles (UCLA) cho biết: “Chúng tôi chưa bao giờ thấy hai loại thiên thể này tích tụ cùng một lúc trên một ngôi sao lùn trắng. “Bằng cách nghiên cứu những sao lùn trắng này, chúng tôi hy vọng sẽ hiểu rõ hơn về các hệ hành tinh vẫn còn nguyên vẹn.”

Hình minh họa này về hệ hành tinh G238-44 theo dấu sự hủy diệt của nó. Một ngôi sao lùn trắng nhỏ là trung tâm của hành động. Đĩa bồi tụ cực kỳ mờ nhạt bao gồm các mảnh thiên thể rách nát rơi xuống sao lùn trắng. Các tiểu hành tinh và các thiên thể hành tinh còn lại tạo thành một hồ chứa vật chất bao quanh ngôi sao. Các hành tinh khí khổng lồ lớn hơn có thể vẫn nằm trong hệ thống. Xa hơn rất nhiều là một vành đai của các thiên thể băng giá như sao chổi, cuối cùng cũng nuôi sống ngôi sao đã chết. Nhà cung cấp hình ảnh: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Phát hiện cũng rất thú vị vì các thiên thể nhỏ, băng giá được cho là đã va chạm và “tưới tiêu” cho các hành tinh khô, đá trong hệ mặt trời của chúng ta. Hàng tỷ năm trước, sao chổi và tiểu hành tinh được cho là đã cung cấp nước cho Trái đất, tạo ra những điều kiện cần thiết cho sự sống như chúng ta biết. Thành phần của các thiên thể quan sát được mưa trên sao lùn trắng cho thấy rằng các hồ chứa băng giá có thể phổ biến trong các hệ hành tinh, Johnson nói.

Benjamin Zuckerman, giáo sư và đồng tác giả của Đại học UCLA cho biết: “Sự sống như chúng ta biết cần có một hành tinh đá được bao phủ bởi nhiều loại nguyên tố như carbon, nitơ và oxy. “Sự phong phú của các nguyên tố mà chúng ta thấy trên sao lùn trắng này dường như đòi hỏi phần thân chính là đá và giàu tính bay hơi – ví dụ đầu tiên mà chúng tôi tìm thấy trong số các nghiên cứu về hàng trăm sao lùn trắng.”

hủy diệt trận derby

Các thuyết tiến hóa của hệ hành tinh mô tả quá trình chuyển đổi giữa sao khổng lồ đỏ và các pha sao lùn trắng là một quá trình hỗn loạn. Một ngôi sao đang nhanh chóng mất đi các lớp bên ngoài và quỹ đạo của các hành tinh của nó thay đổi đáng kể. Các vật thể nhỏ, chẳng hạn như tiểu hành tinh và hành tinh lùn, có thể đến gần các hành tinh khổng lồ và rơi về phía ngôi sao. Nghiên cứu này xác nhận quy mô thực sự của giai đoạn hỗn loạn dữ dội này, cho thấy trong vòng 100 triệu năm sau khi bắt đầu giai đoạn sao lùn trắng, ngôi sao có thể đồng thời thu nhận và tiêu thụ vật chất từ ​​vành đai tiểu hành tinh và các vùng giống vành đai Kuiper.

Tổng khối lượng ước tính mà sao lùn trắng nuốt chửng trong nghiên cứu này có thể không lớn hơn khối lượng của một tiểu hành tinh hoặc một mặt trăng nhỏ. Mặc dù không thể đo trực tiếp sự hiện diện của ít nhất hai vật thể mà sao lùn trắng tiêu thụ, nhưng có khả năng một vật thể giàu khoáng chất như một tiểu hành tinh và vật thể kia là vật thể băng giá tương tự như những gì được tìm thấy ở rìa hệ mặt trời của chúng ta trong Vành đai Kuiper.

Mặc dù các nhà thiên văn học đã phân loại hơn 5.000 ngoại hành tinh, nhưng Trái đất là hành tinh duy nhất mà chúng ta có một số kiến ​​thức trực tiếp về cấu tạo bên trong của nó. Ăn thịt đồng loại của sao lùn trắng mang đến cơ hội duy nhất để phá vỡ các hành tinh và tìm hiểu chúng được tạo thành từ gì khi chúng lần đầu tiên hình thành xung quanh ngôi sao.

Nhóm nghiên cứu đã đo sự hiện diện của nitơ, oxy, magiê, silic và sắt, cùng các nguyên tố khác. Việc phát hiện ra sắt với số lượng rất lớn là bằng chứng về sự tồn tại của lõi kim loại của các hành tinh trên cạn, chẳng hạn như Trái đất,[{” 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.