Når stjerner som vår sol tømmer hydrogenbrennstoffet deres, går de inn i den som er kjent som deres Red-Giant-Branch (RGB) -fase. Dette er preget av at stjernen utvider seg til flere ganger den opprinnelige størrelsen, hvoretter de kaster sine ytre lag og blir kompakte, hvite dverger. I løpet av de neste milliarder årene antas det at disse stjernene sakte vil konsumere gjenstander og støvringer som fortsatt er nær nok til å påvirkes av deres tyngdekraft.
Imidlertid gjorde en innbyggerforsker ved navn Melina Thévenot nylig en overraskende oppdagelse da han observerte et hvitt dvergsystem. Basert på data fra WISE-oppdraget (Wide-field Infrared Survey Explorer) har denne stjernen vært en hvit dverg i milliarder av år, men har fortsatt flere støvringer rundt seg. Kjent som LSPM J0207 + 3331 (eller J0207), og dette funnet kan tvinge forskere til å vurdere modeller av planetariske systemer på nytt.
Oppdagelsen ble gjort gjennom Backyard Worlds: Planet 9, et prosjekt ledet av Marc Kuchner (en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center) som er avhengig av frivillige til å sortere gjennom WISE-data for nye funn. Ligger rundt 145 lysår unna i stjernebildet Capricornus, mistenker astronomer at J0207 kan være det første kjente eksemplet på en hvit dverg med flere støvringer, og den eldste.
Funnet var også gjenstand for en fersk studie publisert i The Astrophysical Journal (“En 3 Gyr hvit dverg med varmt støv oppdaget via Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project”). Som John Debes, en astronom ved Space Telescope Science Institute i Baltimore og hovedforfatteren på papiret, avslørte i en fersk pressemelding fra NASA:
“Denne hvite dvergen er så gammel at uansett hvilken prosess som mater materiale inn i ringene, må operere på en milliardårsperiode. De fleste av modellene forskere har laget for å forklare ringer rundt hvite dverger fungerer bare bra opp til rundt 100 millioner år, så denne stjernen utfordrer virkelig våre antagelser om hvordan planetariske systemer utvikler seg. ”
Stjernen ble oppdaget av NASAs Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) oppdrag som plukket opp et sterkt infrarødt signal, noe som antydet tilstedeværelse av støv. Basert på hastigheten som hvite dvergstjerner kjøler seg over tid, beregnet Debes team ut fra overflatetemperaturene - litt over 5 800° C (10.500° F) - at J0207 har vært i sin hvite dvergfase i omtrent 3 milliarder år.
Disse nye funnene motsier det astronomene har mistenkt i en tid om utviklingen av stjernesystemer. Tidligere har astronomer observert hvordan planeter og asteroider som overlever en stjerners RGB-fase vil bevege seg lenger bort etter at den går inn i sin hvite dvergfase. Dette skyldes at stjernen har mistet mye av sin masse, og at dens tyngdekraftpåvirkning har på omgivende gjenstander.
Astronomer forventer at det er dette som vil skje med solsystemet vårt om cirka 5 milliarder år. Etter å ha utvidet seg til å omfatte Venus, Mercury og Earth, vil vår sol miste sine ytre lag og bli en hvit dverg. På dette tidspunktet vil de gjenværende planetene og gjenstandene (som sannsynligvis vil omfatte hovedsteroidebeltet, gassgigantene og Kuiper Belt) alle drive utover.
I 1 til 4% av tilfellene har hvite dverger imidlertid vist infrarøde utslipp som indikerer at de er omgitt av støvskiver eller ringer. Forskere teoretiserer at dette kan være et resultat av at asteroider og kometer blir sparket fra beltene gjennom gravitasjonsinteraksjon med fordrevne planeter og sendt mot stjernen. Når disse kroppene nærmer seg den hvite dvergen, blir de revet fra hverandre av tidevannsforstyrrelser forårsaket av stjernens sterke tyngdekraft.
Det resulterende rusk vil da danne en støvete ring som sakte faller innover og blir festet på overflaten av stjernen. I alle tidligere tilfeller har støvskiver og ringer imidlertid bare blitt observert rundt hvite dverger som var omtrent en milliard år gamle. Dette virket i samsvar med forestillingen om at eldre hvite dverger effektivt hadde tømt ut tilførselen av asteroider og de resulterende støvringene.
Denne siste oppdagelsen gjør J0207 til den eldste og kaldeste hvite dvergen med støv noensinne. Da hun først la merke til J0207s infrarøde signaler, trodde Melina Thévenot at det var dårlige data. På den tiden hadde hun søkt gjennom Det europeiske romfartsorganet Gaia misjonsarkiver for brune dverger, som knapt kan oppdages utover deres infrarøde utslipp.
Etter å ha konsultert WISE-infrarøde data, forsto hun at det var for lyst og fjernt til å være en brun dverg. Thévenot videreformidlet disse funnene til teamet Backyard Worlds: Planet 9, som deretter innhentet oppfølgingsobservasjoner fra W. M. Keck-observatoriet på Hawaii. Som Thévenot forklarte:
“Det er et veldig motiverende aspekt ved søket. Forskerne vil flytte teleskopene sine for å se på verdener du har oppdaget. Det jeg imidlertid spesielt liker, er samspillet med det fantastiske forskerteamet. Alle er veldig snille, og de prøver alltid å gjøre det beste ut av funnene våre. ”
Dessuten mistenker Debes og kollegene at J0207 til og med kan ha et system med ringer. De antyder i sin studie at dette vil bestå av to distinkte komponenter: en tynn ytre ring der den hvite dvergens tyngdekraft bryter opp asteroidene, og en bredere ring nærmere stjernen. Disse nye observasjonene vil sannsynligvis tvinge astronomer til å revurdere modellene sine for hvordan planetariske systemer utvikler seg.
"Vi bygde Backyard Worlds: Planet 9 for det meste for å søke etter brune dverger og nye planeter i solsystemet," sa Kuchner. ”Men å jobbe med innbyggerforskere fører alltid til overraskelser. De er glupske - prosjektet feiret akkurat sin andre bursdag, og de har allerede oppdaget mer enn 1000 sannsynlige brune dverger. Nå som vi har startet om nettstedet med dobbelt så mye WISE-data, gleder vi oss til enda mer spennende funn. "
I tillegg til å tvinge til en ny vurdering av hvordan planetarisk system utvikler seg over tid, kan denne forskningen gi ledetråder om fremtiden til vårt eget solsystem. Når vår sol har blitt en hvit dverg, vil den sannsynligvis bruke de neste milliard årene på å konsumere asteroider og KBO-er som blir sparket ut av beltene av de overlevende gassgigantene. I følge denne siste studien kunne den også ha en ring av støv rundt flere milliarder år senere.
Og selv om denne oppdagelsen var en velsignelse for astronomer, demonstrerer den også hva som er mulig takket være samarbeid mellom vitenskapelige organisasjoner og innbyggerforskere. I eksoplanettens tidsalder og avansert astronomi gjør det store datamengden slike samarbeid ikke bare nødvendige, men svært lukrative.
