Reuzenplaneet gevonden in baan rond een stervende ster

Reuzenplaneet bij witte dwerg gevonden
Deze afbeelding toont de witte dwerg EDJ0914+1914 en zijn neptunusachtige exoplaneet. Omdat de ijsreus in een nauwe baan om de witte dwerg draait stript de enorme ultraviolette straling van de ster de atmosfeer van de planeet. Het meeste gas ontsnapt maar een gedeelte draait naar een schijf waarna het vanzelf op de ster valt. Credit: ESO/M. Kornmesser

Astronomen hebben met behulp van de Very Large Telescope van de ESO voor het eerst bewijs gevonden van een reuzenplaneet in een baan rond een witte dwerg. De planeet draait in een baan om de hete witte dwerg. Deze witte dwerg is het overblijfsel van een ster als de Zon. De het dwerg zorgt er voor dat de atmosfeer van de planeet wordt gestript. Deze atmosfeer vormt een schijf van gas rond de ster. Het unieke systeem laat zien hoe ons zonnestelsel er mogelijk in de verre toekomst uit zal zien.

Volgens de onderzoekers was het een van die toevallige ontdekkingen. Het team had met behulp van de Sloan Digital Sky Survey ongeveer 7000 witte dwergen waargenomen en er eentje gevonden die anders was dan al die anderen. Door het analyseren van subtiele variaties in het licht van de ster ontdekten ze sporen van chemische elementen die wetenschappers nog nooit bij een ster hadden aangetroffen bij een witte dwerg. Men wist dat er iets eigenaardigs gaande was in dit systeem en men speculeerde dat het wellicht gerelateerd was aan de restanten van een planetensysteem.

Om een beter beeld te krijgen van de eigenschappen van deze ongewone ster, die overigens de aanduiding WDJ0914+1914 draagt, heeft het team de X-Shooter gekoppeld aan de Very Large Telescope van de ESO ingezet. Deze telescoop staat opgesteld in de Atacama woestijn in Chili. Deze vervolgwaarnemingen bevestigden de aanwezigheid van waterstof, zuurstof en zwavel bij de witte dwerg. Door de details van de spectra van de X-Shooter te bestuderen ontdekten de astronomen dat deze elementen zich in een gasschijf rond de ster bevonden. Deze gasschijf spiraliseert naar de ster toe en is niet van de ster zelf afkomstig.

Het duurde een paar weken voordat de astronomen met de enige mogelijke verklaring kwamen: de schijf kan alleen maar worden veroorzaakt door een verdampende exoplaneet.

De gedetecteerde hoeveelheden waterstof, zuurstof en zwavel zijn gelijk aan de hoeveelheden die diep in de atmosferische lagen van ijsreuzen zoals Neptunus en Uranus worden gevonden. Als een dergelijke planeet in een nauwe baan om de witte dwerg zou draaien dan zou de sterke ultraviolette straling van de ster de buitenste lagen van de planeet strippen en een gedeelte van dit gas zou dan richting de ster spiraliseren. Dit is precies wat de wetenschappers denken waar te nemen rond de ster WDJ0914+1914: de eerste verdampende planeet in een baan rond een witte dwerg.

De onderzoekers hebben de waarnemingen gecombineerd met theoretische modellen en hiermee kregen ze een beter beeld van dit unieke systeem. De witte dwerg is klein en ongeveer 28.000 °C heet (vijfmaal de oppervlaktetemperatuur van de Zon). De planeet is ijsachtig en groot, minstens tweemaal zo groot als de ster. Deze grote planeet draait in een nauwe baan om de ster. De planeet heeft slechts 10 dagen nodig voor een omwenteling rond de ster. De atmosfeer wordt door hoogenergetische fotonen van de ster geleidelijk aan weggeblazen. Het meeste gas ontsnapt maar een gedeelte wordt naar de schijf getrokken. Dit gaat met een snelheid van ongeveer 3000 ton per seconde. De schijf van gas zorgt er voor dat de Neptunusachtige planeet zichtbaar is. Zonder deze schijf zou men de planeet niet kunnen waarnemen.

Het is voor het eerst dat astronomen de hoeveelheden gassen zoals zuurstof en zwavel in de schijf kunnen meten. Dit geeft aanwijzingen over de samenstelling van de atmosferen van exoplaneten. De ontdekking geeft bovendien ook een nieuwe blik over het uiteindelijke lot van planeetsystemen.

Sterren zoals onze zon verbruiken nagenoeg hun hele leven waterstof in hun kern. Als deze waterstof uiteindelijk helemaal is verbruikt dan zwellen ze op tot rode reuzen die tot honderden keren groter zijn. Hierbij slokken ze nabije planeten op. In het geval van ons zonnestelsel zullen Mercurius, Venus en de Aarde over ongeveer 5 miljard jaar door de opgezwollen zon worden opgeslokt. Zonachtige sterren verliezen hun buitenste lagen en er blijft een uitgebrande kern over. Dit noemen we een witte dwerg. Dergelijke overblijfselen van sterren kunnen nog steeds planeten hebben. Astronomen denken dat er veel van dergelijke planeetsystemen in ons sterrenstelsel moeten voorkomen echter tot nu toe hebben astronomen nooit eerder bewijs gevonden van een grote planeet rond een witte dwerg. Het vinden van een exoplaneet in een baan rond de ster WDJ0914+1914, op een afstand van ongeveer 1500 lichtjaar van de Aarde, kan de eerste van vele zijn bij dergelijke sterren.

Volgens de onderzoekers draait de met de X-Shooter gevonden planeet op een afstand van slechts 10 miljoen kilometer rond de ster. Dat zou dus ook diep in de rode reus zijn geweest. De ongebruikelijke positie van de planeet wijst erop dat ergens nadat de ster een witte dwerg werd, de planeet dichterbij is komen te staan. De onderzoekers denken dat deze nieuwe baan het gevolg kan zijn van de interactie met andere planeten in het systeem. Dit zou betekenen dat er meer planeten zijn die de gewelddadige transformatie van de ster hebben overleefd.

De toekomst van ons zonnestelsel
Over ongeveer 6 miljard jaar zal onze Zon ook tot een witte dwerg zijn geëvolueerd. Mars en de buitenste gasreuzen in ons zonnestelsel zullen deze metamorfose overleven. De eerste miljoenen jaren na de transformatie tot witte dwerg zal die extreem heet zijn en sterke ultraviolette straling uitzenden die gas uit de buitenste delen van de atmosferen van de gasplaneten zal laten verdampen. Een deel van dit gas zal door de witte dwerg aangetrokken worden en zorgen voor detecteerbare atmosferische lijnen voor toekomstige generaties buitenaardse astronomen. Credit: Mark Garlink.

“Tot voor kort stonden maar weinig astronomen stil om na te denken over het lot van planeten die om stervende sterren cirkelen. Deze ontdekking van een planeet die dicht om een uitgebrande stellaire kern draait, toont met kracht aan dat het heelal ons steeds weer uitdaagt om verder te gaan dan onze gevestigde ideeën”, aldus de onderzoekers.

Het onderzoek zal gepubliceerd worden in het tijdschrift Nature.

Artikel: Accretion of a giant planet onto a white dwarf star, Nature (2019).

 

Eerste publicatie: 5 december 2019
Bron: ESO, phys.org en anderen