I atmosfären på en vit dvärg har forskare upptäckt färska spår av tunga metaller. Dessa grundämnen kan den 3 miljarder år gamla vita dvärgen inte ha skapat själv. Forskarna förmodar att de främmande ämnena kommer från en planet som slitits sönder och slukats av den vita dvärgen. Studien bidrar till en unik inblick i exoplaneters inre sammansättning.
Stjärnor är bland det mest uthålliga vi kan se i naturen. En stjärna med ungefär solens massa tillbringar miljarder år med att utvinna energi genom att omvandla väte till helium. När en sollik stjärna får slut på väte i sitt innersta fortsätter den med att omvandla helium till kol, och kan även alstra syre. Stjärnan har vid det laget svällt till en röd jätte, och avslutar sitt liv genom att stöta iväg sina yttre delar. Kvar blir ett tungt, tätt klot som kallas vit dvärg.
Planetsystemet runt stjärnan kan överleva allt detta. Doktoranden Érika Le Bourdais i kanadensiska Montréal har lett en ny studie som fördjupar kunskapen om vad som händer med planetsystem runt vita dvärgar.
Inga aktiv energikälla finns inuti den vita dvärgen. Istället svalnar den sakta. Vid bildandet kan en vit dvärg vara 100 000 grader Celsius varm. Efter ungefär tre miljarder år har den svalnat till ca 6000 grader Celsius, motsvarande solens temperatur. Le Bourdais och hennes grupp har studerat en vit dvärg i stjärnbilden Triangeln som svalnat till ungefär denna temperatur. En vit dvärg fungerar som klocka, vars ålder kan uppskattas via yttemperaturen. Den aktuella vita dvärgen uppskattas alltså vara just ca tre miljarder år gammal.
Föroreningar med inslag av järn
En vit dvärg har en massa jämförbar med solens, men en storlek liknande jordens. En sådan himlakropp är alltså extremt tät: 1 ton per kubikcentimeter (!) är en typisk densitet. Vita dvärgar består till stora delar av kol och syre, men med en atmosfär av väte eller helium, som den mycket starka tyngdkraften trycker ihop till ett ca 10 meter djupt täcke runt kol- och syrekärnan.
I atmosfärerna på många vita dvärgar har det hittats föroreningar. Spektroskopi visar att aluminium, kisel, järn och andra metaller finns i dessa stjärnors atmosfärer. Detta tolkas vanligen som spår efter planeter, asteroider och liknande objekt som slits sönder och störtar i den vita dvärgens atmosfär.
Söndersmulad planet räcker miljarder år
Den vita dvärg som Le Bourdais och hennes kollegor undersökt heter LSPM J0207+3331, där följden av siffror anger positionen på himlavalvet. Stjärnan ligger i vårt grannskap i Vintergatan, endast 145 ljusår bort. Efter att ha fört en undanskymd tillvaro i olika stjärnkataloger visade en studie från 2019 att J0207 (som vi kan kalla den) omges av en skiva av stoft. Att en vit dvärg så gammal som 3 miljarder år fortfarande omges av stoft var en omtumlande upptäckt.
Astronomer i Kanada, USA och Storbritannien riktade därför under 2019 och 2020 ett knippe stora teleskop mot J0207: Shane-teleskopet i Kalifornien, Baade-teleskopet i Chile och ett av Keck-teleskopen på Hawaii. Genom att bryta upp ljuset från J0207 i ett spektrum kunde forskarna se de kemiska signaturerna av hela 13 grundämnen tyngre än syre. Strontium är det tyngsta grundämne som hittats bland föroreningarna i väteatmosfären på J0207.
Den vita dvärgens starka gravitation ger upphov till stora tidvattenkrafter. Dessa krafter kan slita sönder planeter, asteroider och annat som kretsar runt stjärnan och kommer för nära den. En söndersliten planet kan dels fylla på nytt stoft i skivan som omger J0207, dels förorena stjärnans väteatmosfär när fragment störtar ner. Att detta forfarande kan ske efter tre miljarder år visar att planetsystemen runt äldre vita dvärgar kan vara mer händelserika platser än vad som tidigare förmodats.
I den nya studien uppskattas massan hos föroreningarna ungefär motsvara massan hos asteroiden Juno i vårt solsystem. De ämnen som förorenar atmosfären J0207 tolkas av Le Bourdais och medarbetarna så att de kan komma från en himlakropp med jordliknande kemisk sammansättning. Föroreningarna på J0207, och de i andra vita dvärgars atmosfärer, ger oss en enastående möjlighet att direkt mäta vilka ämnen som finns i exoplaneters inre.
