Når stjerner som vores sol udtømmer deres brintbrændstof, går de ind i den, der er kendt som deres RGB-fase. Dette er kendetegnet ved, at stjernen udvides til flere gange den originale størrelse, hvorefter de kaster deres ydre lag og bliver kompakte, hvide dværge. I løbet af de næste par milliarder år antages det, at disse stjerner langsomt vil forbruge genstande og støvringe, der stadig er tæt nok til at blive påvirket af deres tyngdekraft.
Imidlertid gjorde en borgerforsker ved navn Melina Thévenot for nylig en overraskende opdagelse, da han observerede et hvidt dværgsystem. Baseret på data fra WISE-missionen Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) har denne stjerne været en hvid dværg i milliarder af år, men har stadig flere støvringe omkring sig. Kendt som LSPM J0207 + 3331 (eller J0207), denne opdagelse kunne tvinge forskere til at genoverveje modeller af planetariske systemer.
Opdagelsen blev fundet gennem Backyard Worlds: Planet 9, et projekt ledet af Marc Kuchner (en astrofysiker ved NASA's Goddard Space Flight Center), der er afhængig af frivillige til at sortere gennem WISE-data til nye opdagelser. Beliggende omkring 145 lysår væk i stjernebilledet Capricornus, har astronomer mistanke om, at J0207 muligvis er det første kendte eksempel på en hvid dværg med flere støvringe og den ældste.
Opdagelsen var også genstand for en nylig undersøgelse offentliggjort i The Astrophysical Journal (“En 3 Gyr hvid dværg med varmt støv opdaget via baghaven verdener: Planet 9 Citizen Science Project”). Som John Debes, en astronom ved Space Telescope Science Institute i Baltimore og hovedforfatteren på papiret, afslørede i en nylig pressemeddelelse fra NASA:
”Denne hvide dværg er så gammel, at uanset hvilken proces, der indfører materiale i sine ringe, skal fungere på milliarder-årige tider. De fleste af de videnskabelige modeller har skabt for at forklare ringe omkring hvide dværge fungerer kun godt op til omkring 100 millioner år, så denne stjerne udfordrer virkelig vores antagelser om, hvordan planetariske systemer udvikler sig. ”
Stjernen blev opdaget af NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) -mission, der opsamlede et stærkt infrarødt signal, hvilket antydede tilstedeværelse af støv. Baseret på den hastighed, hvid dværgstjerner afkøler sig over tid, beregnet Debes team ud fra dets overfladetemperaturer - lidt over 5.800° C (10.500° F) - at J0207 har været i sin hvide dværgfase i cirka 3 milliarder år.
Disse nye fund modsiger det, astronomer i lang tid har mistanke om udviklingen af stjernesystemer. Tidligere har astronomer observeret, hvordan planeter og asteroider, der overlever en stjernes RGB-fase, vil bevæge sig længere væk, efter at de går ind i sin hvide dværgfase. Dette skyldes, at stjernen har mistet meget af sin masse, og derfor dens tyngdekraftpåvirkning på omgivende genstande.
Astronomer forventer, at det er dette, der vil ske med vores solsystem i cirka 5 milliarder år. Efter at have udvidet til at omfatte Venus, Merkurius og Jorden, vil vores sol miste sine ydre lag og blive en hvid dværg. På dette tidspunkt vil de resterende planeter og genstande (som sandsynligvis vil omfatte hovedsteroidebæltet, gasgiganterne og Kuiper Belt) alle køre udad.
I 1 til 4% af tilfældene har hvide dværge imidlertid vist infrarøde emissioner, der tyder på, at de er omgivet af støvskiver eller ringe. Forskere teoretiserer, at dette kan være resultatet af, at asteroider og kometer bliver sparket fra deres bælter gennem gravitationsinteraktion med forskudte planeter og sendt mod stjernen. Når disse kroppe nærmer sig den hvide dværg, rives de fra hinanden af tidevandsforstyrrelser forårsaget af stjernens stærke tyngdekraft.
Det resulterende affald danner derefter en støvet ring, der langsomt falder indad og hæves på overfladen af stjernen. I alle tidligere tilfælde er støvskiver og ringe dog kun observeret omkring hvide dværge, der var omkring en milliard år gamle. Dette virkede i overensstemmelse med forestillingen om, at ældre hvide dværge effektivt havde udtømt deres forsyning med asteroider og de resulterende støvringe.
Denne seneste opdagelse gør J0207 effektivt til den ældste og koldeste hvide dværg med støv, der nogensinde er observeret. Da hun først bemærkede J0207s infrarøde signaler, syntes Melina Thévenot, at det var dårlige data. På det tidspunkt havde hun søgt gennem Det Europæiske Rumagentur Gaia mission arkiver for brune dværge, som næsten ikke kan påvises ud over deres infrarøde emissioner.
Efter at have hørt WISE-infrarøde data, indså hun, at det var for lyst og fjernt til at være en brun dværg. Thévenot videregav disse fund til teamet Backyard Worlds: Planet 9, som derefter opnåede opfølgningsobservationer fra W. M. Keck-observatoriet på Hawaii. Som Thévenot forklarede:
”Det er et virkelig motiverende aspekt ved søgningen. Forskerne flytter deres teleskoper for at se på verdener, du har opdaget. Hvad jeg dog især nyder er samspillet med det fantastiske forskerteam. Alle er meget venlige, og de prøver altid at få det bedste ud af vores opdagelser. ”
Derudover mistænker Debes og hans kolleger, at J0207 måske endda har et ringe-system. De antyder i deres undersøgelse, at dette ville bestå af to forskellige komponenter: en tynd ydre ring, hvor den hvide dværgs tyngdekraft bryder asteroiderne, og en bredere ring tættere på stjernen. Disse nye observationer tvinger sandsynligvis astronomer til at genoverveje deres modeller for, hvordan planetariske systemer udvikler sig.
”Vi byggede Backyard Worlds: Planet 9 for det meste for at søge efter brune dværge og nye planeter i solsystemet,” sagde Kuchner. ”Men at arbejde med borgerforskere fører altid til overraskelser. De er voldelige - projektet fejrede lige sin anden fødselsdag, og de har allerede opdaget mere end 1.000 sandsynlige brune dværge. Nu hvor vi har genstartet webstedet med dobbelt så meget WISE-data, ser vi frem til endnu mere spændende opdagelser. ”
Ud over at tvinge en ny overvejelse af, hvordan planetarisk system udvikler sig over tid, kunne denne forskning give ledetråde om fremtiden for vores eget solsystem. Når vores sol er blevet en hvid dværg, vil den sandsynligvis bruge de næste par milliarder år på at forbruge asteroider og KBO'er, der bliver sparket ud af deres bælter af de overlevende gasgiganter. Ifølge denne seneste undersøgelse kunne den også have en ring af støv omkring flere milliarder år senere.
Og selvom denne opdagelse var en velsignelse for astronomer, demonstrerer den også, hvad der er muligt takket være samarbejde mellem videnskabelige organisationer og borgerforskere. I exoplanet-tidsalderen og avanceret astronomi gør den store datamængde sådanne samarbejder ikke kun nødvendige, men meget lukrative.
