С помощью данных, полученных с Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), ученые получили весьма детальные сведения о том, как белые карлики продолжают аккумулировать остатки экзопланет, которые ранее были уничтожены. Примечательно, что эти исследования проводились не в рамках запланированной научной работы прибора, а во время перерывов из-за непогоды, препятствующей наблюдению за удалёнными галактиками. Анализ полученных данных позволил с высокой степенью достоверности установить химический состав древних каменных планет и выявить их поразительное сходство с небесными телами внутренней области Солнечной системы.

Когда звёзды, схожие по характеристикам с нашим Солнцем, достигают конца своего жизненного цикла, они отбрасывают свои внешние слои и трансформируются в белые карлики – плотные и горячие остатки звезд, состоящие преимущественно из водорода и гелия. Однако на этом этапе развитие планетных систем не всегда завершается. Астероиды, карликовые планеты и другие каменные тела, ранее вращавшиеся вокруг звезды на безопасном удалении, могут под воздействием гравитационного притяжения приблизиться к белому карлику.

По мере сближения с центральным небесным телом начинают действовать приливные силы, которые постепенно приводят к разрушению этих объектов. Высвобождающееся вещество формирует поток обломков, в конечном итоге оседающий на поверхности белого карлика. В результате атмосфера звезды насыщается элементами, более тяжёлыми чем гелий; эти элементы астрофизики обычно обозначают термином «металлы».

На текущий момент ученые проанализировали сотни тысяч белых карликов и обнаружили признаки наличия тяжелых элементов примерно у 20–50% из них. Такие объекты предоставляют уникальную возможность для изучения химического состава экзопланет, ранее вращавшихся вокруг них. Из всех этих звезд лишь около 1750 находятся в процессе активного поглощения вещества планетных тел, а всего несколько десятков обладают спектрами настолько информативными, что позволяют с уверенностью определить состав разрушенных объектов.

В настоящее время наиболее эффективным оборудованием для подобных научных изысканий является спектрограф DESI, расположенный в штате Аризона. Его ключевая функция – исследование эволюции расширения Вселенной путем анализа миллионов удалённых галактик. Тем не менее, благоприятные условия для таких наблюдений возникают не всегда. Чтобы избежать бесполезной траты времени телескопа, команда проекта направила его на изучение более близлежащих небесных тел, в том числе белых карликов.

Паула Искьердо, руководитель научной работы из Университета Уорика, подчеркнула, что именно благодаря этому дополнительному наблюдению стало возможным получить спектральные данные большого числа белых карликов. В процессе анализа было выявлено несколько объектов с необычайно высоким содержанием тяжёлых химических элементов в их атмосферах.

В рамках нового исследования ученые тщательно изучили спектры двенадцати таких небесных тел. Главной задачей являлось сопоставление состава вещества, поглощаемого этими карликами от разрушенных планет, с химическим составом планет внутренней области Солнечной системы. Паула Искьердо акцентировала внимание на том, что для определения того, является ли наша планетарная система обычной или особенной, требуется информация о составе множества экзопланет. На текущем этапе это возможно осуществить только опосредованно – путем анализа вещества, достигающего атмосфер белых карликов.

Результаты продемонстрировали, что большая часть фрагментов разрушенных планетезималей содержит идентичный набор основных элементов, формирующих горные породы, который свойственен Земле, Марсу и древним метеоритам Солнечной системы.

В атмосферах изученных белых карликов зафиксировали наличие от трех до десяти различных тяжелых химических элементов. К ним относятся кислород, магний, кремний, кальций и железо – основные компоненты каменных планет.

Особый интерес вызвали спектральные данные шести объектов. Изучение этих данных выявило, что четыре из них демонстрируют поглощение света преимущественно сухими каменистыми образованиями, в то время как у двух других прослеживаются признаки соединений кислорода. Ученые предполагают, что это может указывать на распад планетезималей с высоким содержанием воды, напоминающих ранние стадии формирования нашей планеты.

Исследователи отмечают, что, несмотря на то, что DESI изначально разрабатывался для решения другой научной цели, он неожиданно оказался весьма полезным инструментом в поиске белых карликов с большим количеством тяжелых элементов. Дальнейшие наблюдения при помощи этого инструмента способны значительно увеличить объем информации о составе тысяч уже известных каменистых экзопланет и прояснить степень схожести процессов формирования планет в других звездных системах с теми, что происходили на нашей.

Исследование опубликованоОб этом сообщается в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.