Planetair puin gevonden rond 11 miljard jaar oude witte dwerg

WD J2147-4035 is een 11 miljard jaar oude witte dwerg die ongeveer 91 lichtjaar van ons is verwijderd. De witte dwerg bevindt zich in de richting van het zuidelijke sterrenbeeld Grus – Kraanvogel. Rond de ster verzamelt zich puin van planetesimalen waarmee het een van de oudste rotsachtige en ijzige planetaire systemen is die in ons sterrenstelsel zijn gevonden.

Meer dan 97% van de hoofdreekssterren in de Melkweg zullen hun stellaire evolutie eindigen als witte dwergen. Het is daarmee het meest voorkomende stellaire overblijfsel.

Een witte dwerg bestaat typisch uit een dichte kern van koolstof en zuurstof die een straal heeft vergelijkbaar met de Aarde. Die kern wordt omringd door een dunne atmosfeer van overgebleven waterstof en helium.

Gedurende hun leven koelen witte dwergen langzaam af door hun resterende thermische energie uit te stralen via hun atmosfeer. De koelste witte dwergen, met een effectieve temperatuur van 4000 Kelvin hebben, afhankelijk van hun atmosferische samenstelling en straal, de langste afkoelingsperiodes

Door witte dwergen in ons sterrenstelsel te bestuderen kunnen astronomen de leeftijden van sterren kalibreren en de vorming en evolutie van de galactische omgeving onderzoeken, waarbij de analyse van koele overblijfselen bijzonder belangrijk is want ze leggen beperkingen op aan de oudste sterren.

Voor hun nieuwe onderzoek hebben astronoom Abbigail Elms en collega’s van de universiteit van Warwick twee ongewone witte dwergen gemodelleerd – WD-J2147-4035 en WD-J1922+0233 die werden gedetecteerd door de Europese Gaia ruimtesonde.

WD J2147-4035 bevindt zich op een afstand van 91 lichtjaar in het sterrenbeeld Grus – Kraanvogel. WD J1922+0233 bevindt zich op een afstand van 128,5 lichtjaar in het sterrenbeeld Aquila – Arend.

Beide sterren zijn vervuild door planetair puin waarbij WD J1922+0233 ongewoon blauw lijkt te zijn terwijl WD J2147-4035 de zwakste en meest rode is die tot nu toe in de lokale galactische omgeving is gevonden.

Met behulp van spectroscopische en fotometrische gegevens van Gaia, de Dark Energy Survey en het X-Shooter instrument van de Very Large Telescope van de ESO bepaalden de astronomen de sterren aan het afkoelen zijn. De vonden dat WD J2147-4035 ongeveer 10,7 miljard jaar oud is en waarvan 10,2 miljard jaar als witte dwerg.

Door het spectrum te analyseren vonden ze de metalen natrium, lithium, kalium en koolstof dat op de ster aangroeide – waardoor dit de oudste metaalvervuilde witte dwerg is die tot nu toe is gevonden.

Ze bepaalden ook dat WD J1922+0233 ongeveer een miljard jaar jonger is dan WD J2147-4035 en vervuild was door planetair puin met een vergelijkbare samenstelling als de continentale korst van de Aarde.

Ze concludeerden dat de blauwe kleur van WD J1922+0233, ondanks de koele oppervlaktetemperatuur, wordt veroorzaakt door de ongebruikelijke gemengde helium-waterstofatmosfeer.

Het puin dat wordt aangetroffen in de overigens bijna pure helium- en hoge-zwaartekracht atmosfeer van WD J2147-4035 afkomstig is van een oud planetenstelsel dat de evolutie van de ster tot witte dwerg heet overleefd waardoor de onderzoekers concludeerden dat dit het oudste planetenstelsel is rond een witte dwerg dat in ons sterrenstelsel is gevonden.

Het onderzoek is gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Artikel: Abbigail K. Elms et al. 2022. Spectral analysis of ultra-cool white dwarfs polluted by planetary debris. MNRAS 517 (3): 4557-4574; doi: 10.1093/mnras/stac2908

Eerste Publicatie: 7 november 2022
Bron: Sci-News