DESI помог астрономам определить состав разрушенных экзопланет вокруг белых карликов
Астрономы использовали данные спектрографа Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), чтобы получить одни из самых подробных свидетельств того, что белые карлики продолжают поглощать остатки разрушенных экзопланет. Неожиданно эти наблюдения были выполнены не в рамках основной научной программы прибора, а во время перерывов, когда погодные условия не позволяли вести наблюдения далёких галактик. Полученные результаты позволили с высокой точностью определить химический состав древних каменистых миров и показали, что многие из них удивительно похожи на планеты и астероиды внутренней части Солнечной системы.
Когда звёзды, подобные Солнцу, завершают свою эволюцию, они сбрасывают внешние оболочки и превращаются в белые карлики — чрезвычайно плотные и горячие остатки звёзд, состоящие главным образом из водорода и гелия. Однако на этом история планетных систем зачастую не заканчивается. Астероиды, карликовые планеты и другие каменистые тела, прежде обращавшиеся вокруг звезды на безопасном расстоянии, могут под действием гравитации смещаться ближе к белому карлику.
При приближении к звезде приливные силы постепенно разрушают эти объекты. Их вещество образует поток обломков, который в конечном итоге падает на поверхность белого карлика. В результате атмосфера звезды загрязняется элементами тяжелее гелия, которые в астрофизике принято объединять общим термином «металлы».
На сегодняшний день астрономы изучили сотни тысяч белых карликов, и примерно у 20–50% из них обнаружены следы тяжёлых элементов. Такие звёзды дают редкую возможность узнать химический состав экзопланет, которые когда-то обращались вокруг них. При этом лишь около 1750 белых карликов находятся в стадии активного поглощения планетного вещества, а только несколько десятков обладают настолько информативными спектрами, что позволяют надёжно определить состав разрушенных тел.
Наиболее ценным инструментом для подобных исследований сегодня оказался спектрограф DESI, установленный в Аризоне. Его основная задача заключается в изучении истории расширения Вселенной посредством наблюдений миллионов далёких галактик. Однако не всегда условия позволяют проводить такие наблюдения. Вместо того чтобы терять драгоценное время телескопа, участники проекта использовали его для изучения значительно более близких объектов, включая белые карлики.
По словам руководителя исследования Паулы Искьердо из Университета Уорика, именно благодаря этой дополнительной программе удалось получить спектры большого количества белых карликов. Среди них исследователи обнаружили несколько объектов с исключительно высоким содержанием тяжёлых элементов в атмосфере.
В новой работе учёные подробно проанализировали спектры 12 таких белых карликов. Одной из главных целей было сравнение состава поглощаемых ими планетных обломков с химическим составом планет внутренней части Солнечной системы. Как отмечает Паула Искьердо, чтобы понять, является ли наша планетная система типичной или уникальной, необходимо получить данные о составе большого числа экзопланет. Пока сделать это можно только косвенным способом — анализируя вещество, которое попадает в атмосферы белых карликов.
Полученные результаты показали, что большинство разрушенных планетезималей содержат тот же набор основных породообразующих элементов, который характерен для Земли, Марса и примитивных метеоритов Солнечной системы.
Всего в атмосферах исследованных белых карликов удалось обнаружить от трёх до десяти различных тяжёлых элементов. Среди них — кислород, магний, кремний, кальций и железо, составляющие основу каменистых планет.
Особенно информативными оказались спектры шести объектов. Анализ показал, что четыре из них поглощают преимущественно сухие каменистые тела, тогда как в двух других были обнаружены характерные признаки кислородсодержащих соединений. По мнению исследователей, они могут свидетельствовать о разрушении богатых водой планетезималей, напоминающих ранние этапы формирования Земли.
Авторы подчёркивают, что хотя DESI создавался совершенно для другой научной задачи, он неожиданно оказался исключительно эффективным инструментом для поиска белых карликов с высоким содержанием тяжёлых элементов. Продолжающиеся наблюдения с его помощью могут существенно расширить знания о составе тысяч уже открытых каменистых экзопланет и помочь понять, насколько процессы формирования планет в других звёздных системах похожи на те, что происходили в Солнечной системе.
Исследование в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.