Planety pozasłoneczne znalezione na kliszach z 1917 roku

gwiazda van Maanen'a
 Obiekt w kółku na środku zdjęcia jest białym karłem znanym jako gwiazda van Maanen'a. Znajduje się ona w odległości około 13.9 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Ryb. Jest to najbliższy znany nam biały karzeł.
Źródło: Digitised Sky Survey
Mniej więcej rok temu autor przeglądu systemów planetarnych wokół białych karłów, Jay Farihi z Uniwersytetu w Londynie, skontaktował się z dyrektorem Obserwatorium Carnegie. Szukał kliszy fotograficznej, na której zarejestrowano widmo gwiazdy van Maanen'a, białego karła odkrytego przez holenderskiego astronoma Adriaana van Maanena, w 1917 roku.

Widmo to światło pochodzące od gwiazdy, rozłożone przy pomocy spektroskopu na kolory składowe – czyli tęczę. Badając widmo gwiazd, astronomowie mogą uzyskać dane o składzie chemicznym gwiazdy lub ośrodka przez jakie to światło przeszło zanim dotarło na Ziemię. W XIX wieku, w oparciu o widma, opracowano system klasyfikacji gwiazd, z którego korzysta się do dzisiaj.

Gwiazda van Maanen'a przez lata uznawana była za dość zwyczajną, jednak kiedy Jay Farihi zbadał jej widmo znalazł coś zupełnie niezwykłego. Kluczem do tego odkrycia były tak zwane linie absorpcyjne. Są to brakujące elementy widma wskazujące, że światło o pewnej długości fali (pewnym kolorze) zostało pochłonięte przez ośrodek znajdujący się pomiędzy gwiazdą a Ziemią. Wiedząc na jakiej długości fali występują te linie można wydedukować skład chemiczny tego ośrodka.

Klisza z archiwów Obserwatorium Carnegi wykazała w widmie obecność ciężkich pierwiastków, takich jak wapń, magnez i żelazo, które już dawno powinny opaść do jądra gwiazdy pod własnym ciężarem. Świadczy to o tym, iż pierwiastki te nieustannie opadają na powierzchnię gwiazdy z ośrodka, który ją otacza.

W ciągu ostatnich 12 lat astronomowie odkryli, iż białe karły z liniami absorpcyjnymi ciężkich pierwiastków w widmach oznaczają, że mamy do czynienia z układem planetarnym, który ma szeroki pierścień pozostałości skalnych, a odłamki te, gaz oraz pył znajdują się w atmosferze gwiazdy.

Takie gwiazdy zwane są zanieczyszczonymi białymi karłami a ich odkrycie i zbadanie jest istotne dla zrozumienia ewolucji naszego Układu Słonecznego. Jest tak dlatego, że białe karły są jednym z końcowych etapów życia gwiazd typu słonecznego. Za 5 miliardów lat, kiedy wyczerpią się zapasy wodoru w jądrze Słońca, rozedmie się ono do rozmiarów przekraczających orbitę Wenus, a może nawet Ziemi i stanie się tak zwanym czerwonym olbrzymem. Następnie, po kilku milionach lat, odrzuci ono swoją zewnętrzną otoczkę tworząc mgławicę planetarną, w której centrum pozostanie jedynie jądro – biały karzeł.

Możliwość istnienia planet na orbitach białych karłów jest dla astronomów pewnym zaskoczeniem. Dotychczas zakładano, iż odrzucenie zewnętrznej otoczki gwiazdy ”wymiecie” wszystkie znajdujące się w danym układzie planetarnym ciała, które ulecą w przestrzeń kosmiczną lub ulegną spaleniu na wcześniejszym etapie ewolucji gwiazdy. Chociaż planety nie zostały jeszcze wykryte na orbicie gwiazdy van Maanen'a, Jay Farihi jest przekonany, że to tylko kwestia czasu ponieważ mechanizm, który pozwala na utworzenie się pierścienia skalnych odłamków planetarnych wymaga wpływu grawitacyjnego pełnoprawnych planet. Jednakże wykrycie zwartych ciał na orbitach obiektów tak małych jak białe karły wciąż jest bardzo trudne i wymaga użycia silniejszych teleskopów niż te, którymi obecnie dysponujemy.

Klisza wykonana w 1917 r. z Obserwatorium Carnegie jest najstarszym dowodem na istnienie systemów pozasłonecznych. W archiwach Obserwatorium Carnegie znajduje się jedna z największych na świecie kolekcji klisz astronomicznych, która zawiera około 250 tysięcy fotografii z trzech różnych obserwatoriów: Mount Wilson, Palomar i Las Campanas. Któż wie jakie jeszcze znaleziska mogą się tam kryć?


Artykuł Circumstellar Debris and Pollution at White Dwarf Stars autorstwa Jay Farihi w bazie arXiv.org oraz ScienceDirect.
Artykuł Two Faint Stars With Large Proper Motion Adriaana van Maanena z 1917 roku.

Magdalena Kuszewska
24.04.2016

Liczba odsłon: 1150


Klisza fotograficzna z widmem gwiazdy van Maanen'a. Powiększone okienko pokazuje silne linie absorpcyjne wapnia a także wodoru i potasu (fotony zostały zaabsorbowane przez pierwiastki Ca II, H i K). Widmo gwiazdy to cienka kreska znajdująca się pomiędzy dwoma grubymi liniami na górze i na dole obrazu, które są widmami lamp używanych do kalibracji.
Źródło: Carnegie Institution for Science.