Astronomen onder leiding van de Universiteit van Warwick hebben de oudste ster in ons melkwegstelsel geïdentificeerd die puin van rondcirkelende planetesimalen aanzuigt, waardoor het een van de oudste rotsachtige en ijzige planetenstelsels is die in de Melkweg zijn ontdekt.
Astronomen onder leiding van de Universiteit van Warwick hebben de oudste ster in ons melkwegstelsel geïdentificeerd die brokstukken van in een baan om de aarde draaiende planeten afscheidt, waardoor het een van de oudste rotsachtige en ijzige planetenstelsels is die in de Melkweg zijn ontdekt. Hun bevindingen zijn vandaag (5 november) gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, waarin wordt geconcludeerd dat een zwakke witte dwerg op 90 lichtjaar van de aarde en de resten van zijn omloopstelsel meer dan tien miljard jaar oud zijn. Het lot van de meeste sterren, waaronder sterren zoals onze zon, is om een witte dwerg te worden. Een witte dwerg is een ster die al zijn brandstof heeft opgebrand en zijn buitenste lagen heeft afgeworpen, en die nu een proces ondergaat van krimpen en afkoelen. Tijdens dit proces worden planeten verstoord en in sommige gevallen zelfs vernietigd, terwijl hun brokstukken zich vastzetten op het oppervlak van de witte dwerg.
Voor deze studie heeft het team van astronomen, onder leiding van de Universiteit van Warwick, een model gemaakt van twee ongewone witte dwergen die zijn ontdekt door het ruimteobservatorium GAIA van het Europees Ruimteagentschap. Beide sterren zijn vervuild door planetair puin, waarbij de ene ongewoon blauw bleek te zijn, terwijl de andere de zwakste en roodste is die tot dusver in de lokale galactische omgeving is gevonden - het team onderwierp beide aan verdere analyse. Met behulp van spectroscopische en fotometrische gegevens van GAIA, de Dark Energy Survey en het X-Shooter-instrument van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht om na te gaan hoe lang de ster is afgekoeld, ontdekten de astronomen dat de 'rode' ster WDJ2147-4035 ongeveer 10,7 miljard jaar oud is, waarvan 10,2 miljard jaar als witte dwerg.
Spectroscopie houdt in dat het licht van de ster op verschillende golflengten wordt geanalyseerd, waardoor kan worden vastgesteld wanneer elementen in de atmosfeer van de ster licht in verschillende kleuren absorberen en kan worden bepaald welke elementen dat zijn en hoeveel daarvan aanwezig is. Door het spectrum van WDJ2147-4035 te analyseren, ontdekte het team de aanwezigheid van de metalen natrium, lithium en kalium en stelde het voorlopig vast dat er koolstof op de ster is geaccumuleerd - waarmee dit de oudste met metaal vervuilde witte dwerg is die tot nu toe is ontdekt.
De tweede 'blauwe' ster WDJ1922+0233 is slechts iets jonger dan WDJ2147-4035 en werd vervuild door planetair puin van een soortgelijke samenstelling als de aardkorst. Het wetenschapsteam concludeerde dat de blauwe kleur van WDJ1922+0233, ondanks zijn koele oppervlaktetemperatuur, wordt veroorzaakt door zijn ongewone gemengde helium-waterstofatmosfeer. De brokstukken die in de overigens bijna zuivere helium- en zwaartekrachtatmosfeer van de rode ster WDJ2147-4035 zijn gevonden, zijn afkomstig van een oud planetenstelsel dat de evolutie van de ster tot witte dwerg heeft overleefd, waaruit de astronomen concluderen dat dit het oudste planetenstelsel rond een witte dwerg is dat in de Melkweg is ontdekt.
Hoofdauteur Abbigail Elms, promovendus aan de afdeling natuurkunde van de Universiteit van Warwick, zei: "Deze met metaal vervuilde sterren laten zien dat de aarde niet uniek is, er zijn andere planetenstelsels met planeten die op de aarde lijken. 97% van alle sterren wordt een witte dwerg en ze zijn zo alomtegenwoordig in het heelal dat ze heel belangrijk zijn om te begrijpen, vooral deze extreem koele sterren. Gevormd uit de oudste sterren in ons melkwegstelsel, geven koele witte dwergen informatie over de vorming en evolutie van planetenstelsels rond de oudste sterren in de Melkweg."
"We vinden de oudste stellaire restanten in de Melkweg die vervuild zijn door ooit aarde-achtige planeten. Het is verbazingwekkend om te bedenken dat dit op de schaal van tien miljard jaar is gebeurd, en dat die planeten stierven ver voordat de aarde zelfs maar was gevormd." Astronomen kunnen ook de spectra van de ster gebruiken om te bepalen hoe snel die metalen in de kern van de ster wegzakken, waardoor ze terug in de tijd kunnen kijken en bepalen hoe talrijk elk van die metalen was in het oorspronkelijke planetenlichaam. Door die hoeveelheden te vergelijken met astronomische lichamen en planeetmateriaal in ons eigen zonnestelsel, kunnen we raden hoe die planeten eruit zouden hebben gezien voordat de ster stierf en een witte dwerg werd - maar in het geval van WDJ2147-4035 is dat een uitdaging gebleken.
Abbigail legt uit: "De rode ster WDJ2147-4035 is een mysterie omdat de geaccretteerde planetaire brokstukken zeer rijk zijn aan lithium en kalium en niet te vergelijken zijn met wat we in ons eigen zonnestelsel kennen. Dit is een zeer interessante witte dwerg omdat de ultrakoude oppervlaktetemperatuur, de metalen die hem vervuilen, zijn hoge leeftijd en het feit dat hij magnetisch is, hem uiterst zeldzaam maken.
Professor Pier-Emmanuel Tremblay van de afdeling natuurkunde van de Universiteit van Warwick verklaarde: "Toen deze oude sterren meer dan een jaar geleden ontstonden, is de witte dwerg niet ontstaan: "Toen deze oude sterren meer dan 10 miljard jaar geleden werden gevormd, was het heelal minder metaalrijk dan nu, aangezien metalen worden gevormd in geëvolueerde sterren en gigantische sterexplosies. De twee waargenomen witte dwergen bieden een spannend venster op de vorming van planeten in een metaalarme en gasrijke omgeving die anders was dan de omstandigheden toen het zonnestelsel werd gevormd."
Bron: University of Warwick
