Jak starzejące się gwiazdy niszczą swoje planety

Naukowcy zbadali lepiej, to jak starzejące się gwiazdy mogą niszczyć planety, które okrążają je w bliskiej odległości. Podobny los może czekać w odległej przyszłości Układ Słoneczny.

Gdy gwiazdom podobnym do słońca zabraknie paliwa, ochładzają się i rozszerzają, aby stać się czerwonymi olbrzymami, w przypadku Słońca stanie się to za około pięć miliardów lat. W ramach nowego badania, naukowcy z University of Warwick i University College London, przyjrzeli się bliżej prawie pół miliona gwiazdom, które właśnie weszły w właśnie tę późniejszą fazę swojego życia. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Astronomowie zidentyfikowali 130 planet i kandydatów na planety – obiektów, które nadal muszą zostać potwierdzone jako planety – w tym 33, które wcześniej nie były znane, krążących blisko tego rodzaju gwiazd. Okazało się, że takie globy rzadziej występowały wokół gwiazd, które rozszerzyły się i ochłodziły na tyle, aby można je było zaklasyfikować jako czerwone olbrzymy, co sugeruje zdaniem badaczy, że wiele z nich mogło już zostać zniszczonych.

„To mocny dowód na to, że gdy gwiazdy ewoluują z ich głównej sekwencji, mogą szybko spowodować, że planety szybko zbliżą się do nich i zostaną zniszczone. Jest to przedmiotem debaty i teorii od pewnego czasu, ale teraz możemy zobaczyć bezpośrednio tego wpływ i zmierzyć to na poziomie dużej populacji gwiazd. Spodziewaliśmy się zobaczyć ten efekt, ale nadal byliśmy zaskoczeni tym, jak skuteczne gwiazdy mogą wpływać na bliskie planety” – mówi Edward Bryant z University of Warwick.

„Sądzimy, że zniszczenie następuje z powodu oddziaływań grawitacyjnych między planetą a gwiazdą, zwanych jako interakcje pływowe (tidal interaction). W miarę jak gwiazda ewoluuje i rozszerza się, ta interakcja staje się silniejsza. Podobnie jak Księżyc oddziałuje na oceany Ziemi, aby stworzyć pływy, planeta wpływa na gwiazdę. Te interakcje spowalniają mniejszy obiekt i powodują kurczenie się jego orbity, co sprawia, że spiralnie zbliża się on do większego, dopóki nie rozpadnie się lub nie uderzy w gwiazdę” – dodaje.

„Za kilka miliardów lat nasze Słońce również się powiększy i stanie się czerwonym olbrzymem. Kiedy się to stanie, czy planety Układu Słonecznego przetrwają? Odkryliśmy, że w niektórych przypadkach to się nie uda. Ziemia jest z pewnością bezpieczniejsza niż większe planety, które obserwowaliśmy w badaniach, które również znajdowały się znacznie bliżej ich gwiazdy. Ale przyjrzeliśmy się tylko najwcześniejszej części tego procesu, kiedy starzejące się gwiazdy, były czerwonymi olbrzymami dopiero od miliona lub dwóch lat – a ewolucja tej końcowej fazy życia trwa znacznie dłużej. Teoretycznie Ziemia może przetrwać fazę, gdy Słońce zmieni się w czerwonego olbrzyma, ale życie na niej pewnie by nie” – twierdzi Vincent Van Eylen z University College London.

Do swoich badań naukowcy wykorzystali dane z należącego do NASA teleskopu kosmicznego Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Użyli algorytmu do poszukiwania powtarzających się spadków jasności, które wskazywałyby, że orbitująca planeta przechodziła przed gwiazdą, koncentrując się na gigantycznych planetach o krótkich okresach orbitalnych – okrążających swoją gwiazdę więcej niż co 12 dni.

Astronomowie rozpoczęli od ponad 15 tysięcy możliwych sygnałów i zastosowali rygorystyczne testy, aby wykluczyć fałszywe sygnały, ostatecznie zmniejszając tę liczbę do 130 planet i kandydatów na planety. Spośród nich 48 było już znanych, 49 wcześniej już zostało już zidentyfikowanych jako kandydaci na planety, a 33 obiekty to nowe teoretyczne planety wykryte po raz pierwszy.

Badacze odkryli, że im bardziej zaawansowana ewolucja gwiazdy, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że będzie ona gospodarzem pobliskiej gigantycznej planety. Ogólny wskaźnik występowania takich światów oszacowano na zaledwie 0,28 proc., przy czym młodsze starzejące się gwiazdy wykazywały nieco wyższe prawdopodobieństwo goszczenia planet – 0,35 proc., a przy najbardziej rozwiniętych z nich, które ochłodziły się i spuchły na tyle, aby można je było zaklasyfikować jako czerwone olbrzymy, wskaźnik ten spadał do 0,11 proc.

Z danych TESS naukowcy mogą oszacować rozmiar tych możliwych planet. Aby potwierdzić je jako obce światy, a nie kandydaci na planety, astronomowie muszą wykluczyć możliwość, że te ciała są gwiazdami o niskiej masie lub brązowymi karłami – „nieudanymi gwiazdami”, których ciśnienie jądra nie było wystarczająco wysokie, aby rozpocząć syntezę jądrową – aby to zrobić muszą obliczyć ich masę. Mogą to zrobić, precyzyjnie mierząc ruchy ich gwiazd macierzystych i wnioskując o ciągnięciu grawitacyjnym planet (a więc ich masy) od chwiejności w tych ruchach.

Oprac. EG