«Апостериори»: Астрономы обнаружили планету, которая могла образоваться уже после смерти своей звезды

Новости науки и технологий

Поддержите «Эхо», если вы не в России

Астрономы обнаружили признаки существования необычной планеты рядом с белым карликом. Судя по химическому составу вещества, она могла сформироваться уже после того, как родительская звезда сбросила внешние оболочки и превратилась в белый карлик. Если гипотеза подтвердится, это будет одним из наиболее убедительных свидетельств существования так называемых планет второго поколения.

Обычно планеты образуются одновременно со своими звёздами из окружающего молодую звезду протопланетного диска. Однако существование планетной системы не обязательно заканчивается вместе с активной жизнью звезды. Когда звезда небольшой или средней массы исчерпывает запасы топлива, она расширяется, проходит стадию красного гиганта, сбрасывает внешние слои, а её ядро превращается в белый карлик. Теоретически часть выброшенного вещества может образовать новый диск, из которого впоследствии могут сформироваться новые планеты.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, астрономы представили данные в пользу существования такой планеты у белого карлика HS 0209+0832. Это молодой и очень горячий белый карлик с температурой поверхности около 35800 кельвинов. С момента его образования прошло около 5 миллионов лет.

Впервые необычные особенности этого объекта заметили ещё несколько десятилетий назад. Наблюдения с помощью космического телескопа «Хаббл» показали присутствие в атмосфере белого карлика углерода, алюминия, кремния, кальция, титана, никеля и цинка, а также около сотни спектральных линий, которые тогда не удалось идентифицировать. Теперь исследователи повторно проанализировали архивные наблюдения «Хаббла» и других телескопов и смогли определить происхождение большинства этих линий. В частности, они обнаружили медь и большое количество ниобия.

Тяжёлые элементы в атмосферах белых карликов обычно быстро опускаются в более глубокие слои под действием гравитации. Поэтому их присутствие означает, что белый карлик продолжает получать такое вещество из внешнего источника. Чаще всего им оказываются разрушенные астероиды или другие остатки старой планетной системы. Поэтому анализируя загрязнение атмосферы белого карлика, астрономы  могут восстановить химический состав поглощаемого им объекта.

Но состав вещества вокруг HS 0209+0832 оказался необычным. В нём очень мало железа и кремния – двух важнейших компонентов каменистых планет. Зато обнаружено много никеля, меди, цинка и особенно ниобия. Относительно кальция содержание ниобия более чем в тысячу раз превышает соответствующее соотношение для Солнца. Исследователи не нашли похожего состава ни среди известных тел Солнечной системы, ни среди вещества, поглощаемого другими белыми карликами.

По мнению авторов работы, возможное объяснение связано с предыдущей стадией эволюции звезды. Перед превращением в белый карлик она находилась на асимптотической ветви гигантов. В недрах таких звёзд происходит так называемый s-процесс – образование тяжёлых элементов в результате последовательного медленного захвата нейтронов. Поэтому сброшенные внешние оболочки звезды могут быть обогащены, в частности, ниобием и другими элементами тяжелее железа. Именно такой химический след исследователи обнаружили у HS 0209+0832.

Авторы предполагают, что часть сброшенной оболочки могла сформировать вокруг остатка звезды новый протопланетный диск. Затем в нём могла образоваться гигантская планета второго поколения. Один из возможных механизмов предполагает наличие у звезды второго компонента: взаимодействие двух звёзд при сбрасывании оболочки способно привести к образованию достаточно плотного околозвёздного диска. Рассматривается и другой вариант – существовавшая раньше планета могла сохранить своё ядро, а затем захватить новую оболочку из вещества второго поколения.

Дополнительные свидетельства исследователи получили с помощью космического телескопа TESS. Яркость HS 0209+0832 периодически изменяется примерно каждые 4,4 суток. Одно из объяснений таких изменений состоит в том, что рядом находится гигантская планета на расстоянии около 0,04 астрономической единицы. Она расположена настолько близко к горячему белому карлику, что одна её сторона может значительно сильнее нагреваться излучением звезды. При движении планеты по орбите меняется видимая доля её горячей стороны и, соответственно, общая яркость системы.

Интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение белого карлика одновременно разрушает атмосферу предполагаемой планеты. Газ покидает её и частично падает на поверхность белого карлика. Именно поэтому астрономы, вероятно, и наблюдают химический состав планетной атмосферы в спектре самой звезды. Альтернативное объяснение колебаний яркости предполагает образование за испаряющейся планетой протяжённого газового хвоста, похожего на хвост кометы.

Пока исследователи называют объект только кандидатом в планеты, поскольку увидеть его не удалось, а некоторые наблюдения допускают другие объяснения. Однако необычное сочетание химического состава и периодических изменений яркости делает гипотезу о планете второго поколения наиболее интересной.

Если она подтвердится, результат покажет, что образование планет может происходить не только одновременно с рождением звезды, а и из вещества, которое звезда выбрасывает на последних стадиях своей эволюции. Авторы предлагают искать подобные объекты у других горячих белых карликов по характерному химическому признаку – повышенному содержанию углерода и элементов s-процесса. Такие наблюдения могут помочь выяснить, насколько часто планеты получают второй шанс на рождение уже после смерти своих звёзд.