Kandydat na planetę drugiej generacji odkryty wokół białego karła

Nierozwiązana sprawa z archiwum Hubble’a

HS 0209+0832 to biały karzeł odległy o około 270 lat świetlnych: odsłonięte jądro gwiazdy podobnej do Słońca, która wyczerpała paliwo i odrzuciła zewnętrzne warstwy. Jest młody: po zaledwie około 5 milionach lat stygnięcia jego powierzchnia ma wciąż temperaturę około 35 800 kelwinów. Grawitacja karła w ciągu miesięcy wciąga hel i cięższe pierwiastki pod powierzchnię, więc jeśli widać je na powierzchni, muszą wciąż napływać z zewnątrz.

W widmie ultrafioletowym, które Hubble zarejestrował 10 stycznia 1999 roku, autorzy pracy z 2000 roku rozpoznali siedem pierwiastków, ale około 100 linii nie udało się przypisać żadnemu znanemu pierwiastkowi, więc źródło zanieczyszczenia pozostało zagadką. Jamie Williams z Uniwersytetu Warwick i współpracownicy przeanalizowali te dane ponownie, korzystając z nowszych katalogów linii atomowych, i większość tych linii przypisali miedzi i niobowi. Te same linie niobu widać w widmach zarejestrowanych w 2002 roku przez FUSE, nieczynnego już ultrafioletowego satelitę NASA.

Czym jest planeta drugiej generacji

Ziemia jest planetą pierwszej generacji: powstała z dysku gazu i pyłu, który pozostał po narodzinach Słońca. Planeta drugiej generacji tworzy się późno, pod koniec życia swojej gwiazdy, z materii wyrzuconej przez samą gwiazdę.

W ostatnim stadium olbrzyma (na tzw. asymptotycznej gałęzi olbrzymów, AGB) gwiazda podobna do Słońca zdmuchuje swoje zewnętrzne warstwy. We wnętrzu takich gwiazd jądra atomowe wychwytują neutrony jeden po drugim i powoli budują pierwiastki cięższe od żelaza; astronomowie nazywają to procesem s (od ang. slow, powolny). Niob jest jednym z jego produktów, więc planeta zbudowana z materii wyrzuconej przez gwiazdę AGB powinna mieć nadmiar niobu; żaden znany proces nie wytwarza takiego nadmiaru w planecie powstałej wokół młodej gwiazdy.

Samotna gwiazda, która traci masę równomiernie, raczej nie zostawi po sobie dysku, w którym mogłyby powstać planety. Dlatego autorzy zakładają istnienie bliskiego towarzysza: pochłonięty przez puchnącego olbrzyma, pomógłby wyrzucić jego otoczkę, a z części tej otoczki mógłby potem powstać dysk.

Dowody

• Za dużo niobu. Stosunek niobu do wapnia jest ponad tysiąc razy większy niż w Słońcu, a w widmach FUSE 33 innych białych karłów zanieczyszczonych szczątkami nie ma śladu niobu.
• To nie materia skalna. Szczątki, które zanieczyszczają białe karły, są zwykle bogate w krzem i żelazo. Tutaj krzem występuje tylko śladowo, a żelaza nie wykryto, więc niklu jest co najmniej dwa razy więcej niż żelaza; w całej Ziemi żelaza jest około dwudziestu razy więcej niż niklu. Razem z napływającym helem wskazuje to na atmosferę olbrzymiej planety.
• Rytm co 4,4 dnia. Satelita NASA TESS zarejestrował, że gwiazda co 4,4 dnia jaśnieje i przygasa o 0,12%. Białe karły zwykle obracają się raz na około 30 godzin, więc zespół przypisuje ten wolniejszy sygnał ciału krążącemu 6,6 miliona kilometrów od gwiazdy; to jedna dziewiąta odległości Merkurego od Słońca.

Co pozostaje niepewne i gdzie szukać na niebie

Planety nie zaobserwowano, a jej masa nie jest znana, dlatego artykuł mówi tylko o kandydacie na planetę. TESS ani razu nie zarejestrował jej przejścia na tle gwiazdy, a sygnał o okresie 4,4 dnia jest słaby: w osobnej analizie każdego z czterech okresów obserwacji wyraźnie widać go tylko w dwóch. Światło gwiazdy odbite lub ponownie wypromieniowane przez dzienną stronę zwykłej planety mogłoby dać wahania o 0,12% tylko wtedy, gdyby planeta miała średnicę od czterech do ośmiu razy większą niż średnica Jowisza. Autorzy proponują dwa wyjaśnienia: młodą planetę, której gorąca strona nocna świeci jaśniej niż spowita mgiełką strona dzienna, albo podobny do komety warkocz uciekającego gazu, który przesuwa się na tle gwiazdy, choć sama planeta przed nią nie przechodzi.

Skład chemiczny też nie pasuje idealnie: według modeli gwiazdy AGB wytwarzają razem z niobem również stront, a strontu nie wykryto.

HS 0209+0832 leży w gwiazdozbiorze Wieloryba, w punkcie o rektascensji 2h 12m i deklinacji +8° 47′. Ten biały karzeł jest widoczny z obu półkul, a pod koniec października góruje w środku nocy: w Warszawie wznosi się wtedy na 47° nad horyzontem, w Kapsztadzie również na 47°. Ma jasność około 13,8 mag, więc odnajdziesz go tylko przez teleskop i ze szczegółową mapą nieba, a nawet wtedy zobaczysz słaby punkt, który wygląda jak każda inna gwiazda. Żaden teleskop, również Hubble, nie widział samej planety: wszystko, o czym tu mowa, odczytano ze światła gwiazdy.