Alkalimetalen van rotsachtige planeten gevonden in de atmosfeer van witte dwergen

Artist impressie van overblijfselen van de korst van een planeet die door getijdekrachten van een witte dwerg uit elkaar is gevallen. Het materiaal verdampt dichtbij de ster en stroomt daarna naar de atmosfeer van de witte dwerg
Artist impressie van overblijfselen van de korst van een planeet die door getijdekrachten van een witte dwerg uit elkaar is gevallen. Het materiaal verdampt dichtbij de ster en stroomt daarna naar de atmosfeer van de witte dwerg. Credit: Mark Garlick / University of Warwick.

Astronomen hebben lithium gedetecteerd in de atmosferen van vier koele en oude nabije witte dwergen. In een van de atmosferen werd ook kalium gedetecteerd. De relatieve hoeveelheden van deze twee alkalische elementen met betrekking tot natrium en calcium suggereren sterk dat alle vier de sterren fragmenten van rotsachtige planeten die sterk lijken op de Aarde en Mars, hebben opgenomen.

Volgens Dr. Mark Hollands, astronoom aan de universiteit van Warwick en hoofdauteur van het artikel heeft men in het verleden allerlei dingen gezien zoals mantel en kernmateriaal maar een definitieve waarneming van de korst van planeten was er nog niet.

Kalium en lithium zijn goede indicatoren van korstmateriaal. Ze komen niet in grote concentraties voor in de mantel en de kern van een rotsachtige planeet.

Dr. Hollands en zijn collega’s onderzochten gegevens van meer dan 1000 nabije witte dwergen die door de Gaia-telescoop zijn waargenomen. Daarnaast inspecteerden ze de spectra van 30.000 witte dwergen die de afgelopen 20 jaar door de Sloan Digital Sky Survey werden bestudeerd.

De onderzoekers vonden lithium in de atmosferen van vier witte dwergen die een leeftijd hebben tussen 5 en 10 miljard jaar. Het gaat om de witte dwergen LHS 2534, WD J231726.74+183052.75, WD J182458.45+121316.82, en SDSS J133001.17+643523.69. In de witte dwerg LHS 2534 werd ook kalium gevonden.

Door de hoeveelheden lithium en kalium te vergelijken met andere elementen die ze detecteerden ontdekten de astronomen dat de verhouding van de elementen overeenkomt met de chemische samenstelling van de korst van rotsachtige planeten en is verdampt en gedurende 2 miljoen jaar vermengt met de gassen van de buitenste lagen van de ster.

De buitenste lagen van de witte dwergen bevatten tot 300.000 Gigaton aan puin. Hiervan is tot 60 Gigaton lithium en 3000 Gigaton kalium. Als we de dichtheid gelijkzetten aan die van de korst van de Aarde dan komt dit overeen met een bol van 50 kilometer doorsnede.

De hoeveelheid korstmateriaal die werd gedetecteerd is gelijk aan de massa van de asteroïden die we in ons eigen zonnestelsel zien. Dit leidde er bij de onderzoekers toe dat ze denken dat wat ze zien rond de vier witte dwergen materiaal is dat afkomstig is van een planeet en niet een hele planeet zelf.

In een geval keek men naar het ontstaan van planeten rond een ster die 11 – 12,5 miljard jaar geleden is ontstaan in de galactische halo. Het moet dus een van de oudste planeetsystemen zijn die we tot nu toe kennen, aldus de astronomen van de universiteit van Warwick.

Een van de andere systemen ontstond rond een kortlevende ster die oorspronkelijk meer dan vier zonsmassa zwaar was. Deze ontdekkingen laten zien hoe snel planeten rond sterren kunnen ontstaan.

De resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Astronomy.

Artikel: M.A. Hollands et al. Alkali metals in white dwarf atmospheres as tracers of ancient planetary crusts. Nat Astron, published online February 11, 2021;

 

Eerste publicatie: 16 februari 2021
Bron: Sci-News