Dodano: 31 sierpień 2021r.

Przynajmniej jedna czwarta gwiazd podobnych do Słońca pożera swoje planety

Jak wynika z nowych badań, co najmniej jedna czwarta wszystkich gwiazd takich jak Słońce pochłonęła w pewnym momencie swojego życia jedną ze swoich planet. Wyniki te wskazują, że wiele układów planetarnych jest niestabilnych.

Przynajmniej jedna czwarta gwiazd podobnych do Słońca pożera swoje planety

 

Fakt, że gwiazdy czasami konsumują planety, jest znany od dawna, ale próba określenia, jak często to się dzieje, opublikowana na łamach pisma „Nature Astronomy” (DOI: s41550-021-01451-8), daje niepokojąco wysokie szacunki.

Gwiazdy kanibale

„Dowody obserwacyjne wskazujące, że układy planetarne mogą się bardzo różnić od siebie sugerują, że ich historia była bardzo zróżnicowana, prawdopodobnie w wyniku silnej wrażliwości na warunki początkowe. Procesy formowania się systemu planetarnego w najbardziej chaotycznych układach prawdopodobnie zdestabilizowały orbity planet, skazując niektóre z nich na zakończenie żywota w gwieździe macierzystej” - napisali naukowcy w publikacji.

„Jednoznaczne dowody na wydarzenia związane z pochłonięciem planet przez ich gwiazdy i wiedza o występowaniu tego procesu w gwiazdach podobnych do Słońca rzucają światło na możliwe ścieżki ewolucyjne układów planetarnych, wskazując, jak wiele z nich przeszło złożone fazy wysoce dynamicznej rekonfiguracji” - dodali uczeni z Obserwatorium Astronomicznego w Padwie we Włoszech i Uniwersytetu Monash w Australii.

Słońce

Nasze Słońce jest rzadkością w Drodze Mlecznej. Większość gwiazd naszej galaktyki – około 75 procent – ​​to gwiazdy typu M, czyli czerwone karły. To małe, chłodne i długowieczne gwiazdy. Słońce jest gwiazdą typu G, określaną czasem jako żółty karzeł. Tylko siedem procent gwiazd Drogi Mlecznej to gwiazdy typu G.

Ponadto Słońce jest samotnikiem. Astronomowie uważają, że większość gwiazd rodzi się w układach gwiezdnych z jednym lub większą liczbą rodzeństwa. W rzeczywistości większość gwiazd Drogi Mlecznej ma co najmniej jednego towarzysza, zamkniętego we wzajemnej orbicie jako układ podwójny. Być może Słońce też kiedyś miało towarzysza. Ostatnie badania na ten temat ukazały się we wrześniu ubiegłego roku i jak przekonują ich autorzy z Harvardu, koncepcja ta dużo lepiej wyjaśniałaby istnienie Obłoku Oorta w obecnym kształcie (więcej na ten temat w tekście: Układ Słoneczny mógł mieć w przeszłości dwie gwiazdy).

Formowanie się systemów planetarnych

Kiedy gęsty obłok gazu molekularnego w kosmosie zapada się pod wpływem własnej grawitacji i zaczyna się obracać, jest to początek gwiazdy. Gaz wokół protogwiazdy tworzy dysk, który zasila rosnący obiekt. Podczas tego procesu dysk może ulec fragmentacji, dzieląc się na drugą protogwiazdę.

Po zakończeniu formowania się gwiazd materiał pozostały w dysku tworzy planety, pasy asteroid, komety i wszystko inne, co składa się na układ planetarny. W zależności od tego, gdzie na dysku te obiekty się tworzą, mogą mieć różne proporcje tego, co znajdowało się w początkowej chmurze.

A ponieważ powstały z tej samej chmury materii, gwiazdy podwójne powinny mieć bardzo podobny skład chemiczny, a nawet podobne masy. Jednak nie zawsze tak jest.

Zagadka i jej rozwiązanie

Zespół astronomów kierowany przez dr Lorenzo Spinę z Obserwatorium Astronomicznego w Padwie postanowił przyjrzeć się bliżej układom podwójnym. Zidentyfikowali 107 par gwiazd o podobnych temperaturach i grawitacjach powierzchniowych oraz zbadali ich właściwości chemiczne.

Co ciekawe, odkryli, że znaczna liczba układów binarnych ma niedopasowaną chemię. Wiele par podwójnych zawiera jedną gwiazdę bogatą w metal i drugą ubogą w metal, co w artykule określono mianem „jednej z najbardziej niezwykłych sprzeczności we współczesnej astrofizyce gwiazd”. W niewielkiej liczbie przypadków gwiazdy te mogły uformować się w różnych obłokach i później wpaść na siebie i stworzyć układ podwójny, ale byłoby to zbyt rzadkie, aby znacząco wpłynąć na statystyki.

Uczeni zaproponowali dwa możliwe rozwiązania. Albo modele są błędne i gwiazdy powstałe z tego samego obłoku mogą mieć bardzo różne składy chemiczne, albo jedna z gwiazd połyka planetę, co zmienia jej skład.

„Kiedy materia planetarna wnika do gwiazdy i zanieczyszcza jej strefę konwekcyjną, skład atmosfery gwiazd zmienia się w sposób, który odzwierciedla skład obserwowany w obiektach skalistych, a mianowicie pierwiastki ogniotrwałe, jak metale i krzemiany, są bardziej obfite niż substancje lotne. Dlatego gwiazdy, które pochłonęły materię planetarną, powinny mieć współczynniki obfitości materiałów ogniotrwałych w stosunku do substancji lotnych, które są wyższe niż typowe stosunki występujące w gwiazdach o podobnym wieku i metaliczności” – napisali naukowcy.

Dr Spina z współbadacze zauważyli, że gwiazdy o temperaturze powyżej 6500 stopni Celsjusza (Słońce ma temperaturę około 5500 st. C) prowadzą swoisty „rejestr” pochłoniętych planet. Jednak chłodniejsze gwiazdy mają grube konwekcyjne warstwy zewnętrzne, w których składniki planety mieszają się, rozcieńczając typową planetę do punktu, w którym jej pierwiastki są niewykrywalne. Gorętsze gwiazdy mają znacznie cieńsze powłoki, więc dodanie żelaza i krzemu o wartości planety daje zauważalną różnicę.

Autorzy porównali częstość występowania widocznie różnych składów w parach gorących gwiazd i ich chłodniejszych odpowiedników. Odkryli, że różnice są znacznie częstsze w gorących układach podwójnych, jak można by się spodziewać, gdyby połykanie planet było powszechne, ale nie, gdyby gwiazdy zaczynały z różną obfitością pierwiastków. Korzystając z tych informacji, doszli do wniosku, że 20-35 proc. gwiazd w parach podwójnych zjadło co najmniej jedną swoją planetę.

Poszukiwania egzoplanet podobnych do Ziemi

Odkrycie ma bardzo ważne implikacje dla badania innych układów planetarnych. Do tej pory potwierdzono odkrycie ponad 4500 egzoplanet i wydaje się, że architektura ich systemów jest bardzo zróżnicowana. Sugeruje to, że układy planetarne są bardzo wrażliwe na warunki początkowe na wczesnym etapie ich powstawania.

Badania dostarczają dodatkowych dowodów na to, że znaczny procent systemów krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca miał bardzo burzliwy początek życia. Być może ma to również wpływ na zrozumienie, w jaki sposób i dlaczego życie pojawiło się na Ziemi. Wszystkie badane gwiazdy były układami podwójnymi. Odkrycia mogą sugerować, że układy podwójne są nieco zbyt nieuporządkowane, jak na stabilne warunki, które mogą być potrzebne do powstania i rozwoju życia.

Ta wiedza może pomóc astronomom zawęzić zakres miejsc odpowiednich do poszukiwania planet podobnych do Ziemi. Chociaż gwiazdy podobne do Słońca są stosunkowo rzadkie w Drodze Mlecznej, wciąż są ich tam miliony i to wystarczająco blisko, abyśmy mogli na nie spojrzeć. Badanie ich atmosfer pod kątem elementów ogniotrwałych może pomóc określić występowanie „pożeraczy planet”.

„Możliwość wykrycia chemicznych sygnatur zdarzeń pochłonięcia planet oznacza, że ​​możemy wykorzystać skład chemiczny gwiazdy, aby wywnioskować, czy jej układ planetarny przeszedł niezwykle dynamiczną przeszłość, w przeciwieństwie do naszego Układu Słonecznego, który zachował swoje planety na niemal kołowych orbitach z bardzo ograniczonymi migracjami. Mamy teraz potencjalną metodę do identyfikacji tych gwiazd podobnych do Słońca, u których jest mniej prawdopodobne, że będą posiadać planety podobne do Ziemi, co może być przydatne jako kryterium wyszukiwania planet” – napisali naukowcy w publikacji.

 

Źródło: Science Alert, fot. NASA