Kiedy gwiazdy takie jak nasze Słońce zużywają paliwo wodorowe, wchodzą w fazę zwaną czerwoną gałęzią olbrzyma (RGB). Charakteryzuje się tym, że gwiazda rozszerza się kilkakrotnie do swojego pierwotnego rozmiaru, po czym zrzuca zewnętrzne warstwy i staje się zwartymi białymi karłami. Uważa się, że w ciągu najbliższych kilku miliardów lat gwiazdy te będą powoli zużywać wszelkie obiekty i pierścienie pyłu, które są wystarczająco blisko, aby wpływać na nie grawitacja.
Jednak naukowiec-obywatelka Melina Thévenot dokonała zaskakującego odkrycia, obserwując układ białego karła. Na podstawie danych z misji WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), ta gwiazda była białym karłem od miliardów lat, ale wciąż ma wokół siebie wiele pierścieni pyłu. Odkrycie to, znane jako LSPM J0207 + 3331 (lub J0207), może zmusić badaczy do ponownego rozważenia modeli układów planetarnych.
Odkrycia dokonano poprzez Backyard Worlds: Planet 9, projekt prowadzony przez Marc Kuchner (astrofizyk z NASA Goddard Space Flight Center), który polega na ochotnikach do sortowania danych WISE pod kątem nowych odkryć. Astronomowie, znajdujący się około 145 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Koziorożca, podejrzewają, że J0207 może być pierwszym znanym przykładem białego karła z wieloma pierścieniami pyłu i najstarszym.
Odkrycie było również przedmiotem ostatnich badań opublikowanych w The Astrophysical Journal („Biały krasnolud o 3 żyłach z ciepłym pyłem odkrytym przez Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project”). Jak John Debes, astronom z Space Telescope Science Institute w Baltimore i główny autor artykułu, w najnowszym komunikacie prasowym NASA:
„Ten biały karzeł jest tak stary, że jakikolwiek proces doprowadzający materiał do jego pierścieni musi działać w skali miliardów lat. Większość modeli, które naukowcy stworzyli, aby wyjaśnić pierścienie wokół białych karłów, działają dobrze nawet przez około 100 milionów lat, więc ta gwiazda naprawdę kwestionuje nasze założenia dotyczące ewolucji układów planetarnych. ”
Gwiazda została wykryta przez misję WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) NASA, która odebrała silny sygnał w podczerwieni, co sugeruje obecność pyłu. W oparciu o szybkość, z jaką gwiazdy białego karła schładzają się w czasie, zespół Debesa obliczył na podstawie temperatury jego powierzchni - nieco ponad 5800° C (10500° F) - że J0207 znajduje się w fazie białego karła od około 3 miliardów lat.
Te nowe odkrycia są sprzeczne z tym, co astronomowie od pewnego czasu podejrzewają o ewolucję układów gwiezdnych. W przeszłości astronomowie obserwowali, w jaki sposób planety i asteroidy, które przetrwają fazę RGB gwiazdy, będą się oddalać po wejściu w fazę białego karła. Wynika to z faktu, że gwiazda straciła znaczną część swojej masy, a zatem ma wpływ grawitacyjny na otaczające obiekty.
Astronomowie przewidują, że tak stanie się z naszym Układem Słonecznym za około 5 miliardów lat. Po rozszerzeniu obejmując Wenus, Merkurego i Ziemię, nasze Słońce straci swoje zewnętrzne warstwy i stanie się białym karłem. W tym momencie pozostałe planety i obiekty (które prawdopodobnie obejmują Główny Pas Asteroid, gigantów gazowych i Pas Kuipera) będą dryfować na zewnątrz.
Jednak w 1–4% przypadków białe karły wykazywały emisję w podczerwieni, co wskazuje, że są otoczone tarczami lub pierścieniami pyłu. Naukowcy twierdzą, że może to być wynikiem wyrzucenia asteroid i komet z ich pasów w wyniku oddziaływania grawitacyjnego z przemieszczonymi planetami i wysłania ich w kierunku gwiazdy. Gdy ciała te zbliżają się do białego karła, zostają one rozerwane przez zakłócenia pływowe wywołane silną grawitacją gwiazdy.
Powstały w ten sposób gruz tworzyłby zakurzony pierścień, który powoli opada do wewnątrz i jest gromadzony na powierzchni gwiazdy. Jednak we wszystkich poprzednich przypadkach dyski i pierścienie pyłu obserwowano tylko wokół białych karłów, które miały około miliarda lat. Wydawało się to zgodne z poglądem, że starsze białe karły skutecznie wyczerpały swoje zapasy asteroid i powstałe pierścienie pyłu.
To ostatnie odkrycie skutecznie sprawia, że J0207 jest najstarszym i najzimniejszym białym karłem z kurzem, jaki kiedykolwiek można zaobserwować. Kiedy po raz pierwszy zauważyła sygnały podczerwieni J0207, Melina Thévenot pomyślała, że to złe dane. W tym czasie przeszukiwała Europejską Agencję Kosmiczną Gaia archiwa misji dla brązowych karłów, których ledwo można wykryć poza emisją w podczerwieni.
Po zapoznaniu się z danymi podczerwieni WISE, zdała sobie sprawę, że było zbyt jasne i odległe, aby być brązowym karłem. Thévenot przekazał te ustalenia zespołowi Backyard Worlds: Planet 9, który następnie uzyskał dalsze obserwacje z obserwatorium W. M. Kecka na Hawajach. Jak wyjaśnił Thévenot:
„To naprawdę motywujący aspekt poszukiwań. Naukowcy przesuną swoje teleskopy, aby spojrzeć na odkryte światy. Jednak szczególnie podoba mi się interakcja z niesamowitym zespołem badawczym. Wszyscy są bardzo mili i zawsze starają się jak najlepiej wykorzystać nasze odkrycia. ”
Co więcej, Debes i jego koledzy podejrzewają, że J0207 może nawet mieć system pierścieni. Sugerują w swoich badaniach, że składałby się z dwóch odrębnych składników: cienkiego zewnętrznego pierścienia, w którym grawitacja białego karła rozbija asteroidy, oraz szerszego pierścienia bliżej gwiazdy. Te nowe obserwacje prawdopodobnie zmuszą astronomów do ponownego rozważenia swoich modeli pod kątem ewolucji układów planetarnych.
„Budowaliśmy Backyard Worlds: Planet 9 głównie po to, by szukać brązowych karłów i nowych planet w Układzie Słonecznym” - powiedział Kuchner. „Ale praca z obywatelskimi naukowcami zawsze prowadzi do niespodzianek. Są żarłoczni - projekt właśnie obchodził swoje drugie urodziny i odkrył już ponad 1000 prawdopodobnych brązowych karłów. Teraz, gdy ponownie uruchomiliśmy witrynę z podwójną ilością danych WISE, czekamy na jeszcze więcej ekscytujących odkryć ”.
Oprócz wymuszenia ponownego przemyślenia ewolucji układu planetarnego w czasie, badania te mogą dostarczyć wskazówek na temat przyszłości naszego Układu Słonecznego. Gdy nasze Słońce stanie się białym karłem, najprawdopodobniej spędzi następne kilka miliardów lat, konsumując asteroidy i KBO, które są wyrzucane z pasów przez ocalałych gazowych gigantów. Według najnowszych badań może on mieć pierścień pyłu około kilka miliardów lat później.
I chociaż odkrycie to było dobrodziejstwem dla astronomów, pokazuje również, co jest możliwe dzięki współpracy między organizacjami naukowymi i obywatelskimi naukowcami. W dobie badań egzoplanet i zaawansowanej astronomii sama ilość danych sprawia, że taka współpraca jest nie tylko konieczna, ale bardzo dochodowa.
