Egy halott csillag rejtélyes gyűrűi megmutathatják, mi történhet a Nap halála után

A két gyűrű között egy rejtélyes rés húzódik, amelyet a kutatók feltételezése szerint a csillag pusztulását túlélő bolygótestek tarthatnak fenn. Az egyik ilyen égitest akár a Plútó vagy a Hold méretét is elérheti. A gyűrűk eltérő kémiai összetétele arra utal, hogy azok különböző elpusztult bolygók maradványait tartalmazhatják.

A felfedezést az Európai Déli Obszervatórium (ESO) Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope, VLT) tették. A korábban megfigyelt, fehér törpék körüli törmelékrendszerektől eltérően ez az objektum két különálló anyagkorongot tartalmaz, amelyek egykori bolygók pusztulásából származhatnak. A kutatók úgy vélik, hogy két túlélő égitest alakíthatja a szokatlan szerkezetet, amelyek közül az egyik akár a Plútó vagy a Hold méretét is elérheti.

„Már egy ideje tudjuk, hogy a bolygók túlélhetik központi csillaguk átalakulását, ez azonban az első olyan példa, amelyben egy összetett, kettős törmelékkorongból és feltehetően két túlélő planetezimálból álló rendszert figyelhetünk meg” – mondta Nicola Gentile Fusillo, az olaszországi Trieszti Egyetem (Università degli Studi di Trieste) csillagásza, a Nature Astronomy folyóiratban megjelent tanulmány vezető szerzője.

Egy halott csillag körül keringő bolygómaradványok

A rendszer központi objektuma a J1328−1450 jelű fehér törpe. Ezek a rendkívül nagy sűrűségű csillagmaradványok akkor keletkeznek, amikor a Naphoz hasonló csillagok kimerítik nukleáris üzemanyagukat, és fejlődésük végső szakaszába lépnek. A csillag előbb jelentősen kitágul, majd ledobja külső rétegeit, hátrahagyva a szabaddá vált, forró magját.

Ez az átalakulás a csillag körül keringő bolygók számára katasztrofális következményekkel járhat. A csillag felfúvódása során elnyelheti és elpusztíthatja a hozzá túl közel keringő égitesteket. A távolabbi, kőzetekből álló objektumok kezdetben túlélhetik ezt a folyamatot, ám a gravitációs kölcsönhatások később ezeket is darabokra szakíthatják. A szétszóródott anyag a halott csillag körül keringő törmelékkorongokat hozhat létre.

A csillagászok korábban is megfigyeltek hasonló törmelékkorongokat fehér törpék körül, a J1328−1450 azonban különlegesnek bizonyult. Egyetlen, elpárolgott bolygóanyagból álló gyűrű helyett két koncentrikus gyűrű veszi körül: az egyik közelebb, a másik távolabb helyezkedik el a csillagtól. A két struktúra között jól elkülöníthető rés található, amelynek kialakulását és fennmaradását a kutatók jelenleg is vizsgálják.

„A rendszerben megfigyelhető szerkezet különösen érdekes, mivel a két gáznemű gyűrű rendkívül stabilnak tűnik, és egy jól meghatározott rés választja el őket egymástól” – magyarázta a tanulmány társszerzője, Felipe Lagos-Vilches, a brit Warwicki Egyetem és a chilei Universidad Técnica Federico Santa María csillagásza.

„A rendszer ritka betekintést nyújt abba az erőszakos és kaotikus folyamatba, amelynek során egy bolygórendszer eljut a pusztulásig. Egyúttal arra is utal, hogy a halott csillagok körüli korongszerkezetek sokkal összetettebbek lehetnek annál, mint korábban gondoltuk” – tette hozzá Gentile Fusillo, aki a Trieszti Csillagászati Obszervatóriummal (INAF-Astronomical Observatory of Trieste) is kapcsolatban áll.

Két túlélő égitest alakíthatja a gyűrűket

A kutatók feltételezése szerint a kettős gyűrűs szerkezet fennmaradásáért két, külön pályán keringő túlélő bolygótest lehet felelős. Az egyik, a belső gyűrűhöz kapcsolódó objektum mérete egy átlagos kisbolygóéhoz lehet hasonló: átmérője mindössze néhány kilométer lehet. A másik, a csillagtól távolabb keringő égitest jóval nagyobb lehet, akár a Plútó vagy a Hold méretét is elérheti.

Az ilyen objektumokat planetezimáloknak nevezik. A kifejezés a bolygórendszerek kialakulásában és fejlődésében szerepet játszó kisebb, szilárd égitesteket jelöli. Bár a feltételezett túlélő objektumokat közvetlenül még nem figyelték meg, gravitációs hatásuk magyarázatot adhat arra, miért marad a törmelék két elkülönülő gyűrűbe rendeződve, ahelyett, hogy egyetlen összefüggő korongot alkotna.

A felfedezés alapjául az ESO chilei, Atacama-sivatagban található VLT távcsőrendszerének X-Shooter nevű műszerével végzett megfigyelések szolgáltak. Az eszköz a fényt a hullámhosszak széles tartományában elemzi, így a csillagászok a távoli objektumok körüli anyag kémiai összetételét és mozgását is vizsgálhatják.

A fehér törpék körül korábban felfedezett törmelékkorongok megfigyelési jellemzői általában egyetlen, lapos, forgó korong jelenlétével voltak összhangban. A J1328−1450 azonban eltér ettől a mintázattól. A róla készült megfigyelések egy kettős korongra jellemző, egyedi spektrális lenyomatot tártak fel, ami a bolygómaradványok sokkal összetettebb elrendezésére utal.

A kémiai összetétel az elpusztult bolygók eredetéről árulkodhat

A két gyűrű eltérő kémiai jellemzői arra utalnak, hogy az őket alkotó anyag különböző összetételű bolygókból származhat. Amennyiben ez a magyarázat helytálló, a rendszer akár több elpusztult égitest maradványait is megőrizhette.

Egy másik lehetséges magyarázat szerint mindkét gyűrű ugyanannak a bolygótestnek a különböző rétegeiből származó anyagot tartalmazhatja. Elképzelhető például, hogy az egyik gyűrű az egykori bolygó külső kérgének törmelékét, míg a másik a mélyebben elhelyezkedő rétegek, például a bolygómag anyagát őrzi.

Mindkét forgatókönyv értékes információkkal szolgálhat a kőzetbolygók pusztulásáról, valamint azokról az összetett folyamatokról, amelyek egy csillag nukleáris üzemanyagának kimerülése után is folytatódhatnak.

Naprendszerünk jövőjébe is betekintést nyerhetünk

A felfedezés egy izgalmas kérdést is felvet: mi történik majd saját bolygórendszerünkkel a Nap életének végén? Több milliárd év múlva a Nap is hasonló átalakuláson megy keresztül. Vörös óriássá tágul, ledobja külső rétegeit, majd végül fehér törpévé alakul. A folyamat során a belső Naprendszer drámai változásokon megy keresztül, és maga a Föld is elpusztulhat.

A J1328−1450 megfigyelései ugyanakkor arra utalnak, hogy egy csillag halála nem feltétlenül jelenti a teljes bolygórendszer eltűnését. Egyes égitestek túlélhetik a pusztulást, mások viszont darabokra szakadhatnak, és a csillagmaradvány körül tovább keringő törmelékként maradhatnak fenn. Az így kialakuló rendszerek szerkezete rendkívül összetett lehet.

A távoli, halott csillag és az azt körülvevő különleges kettős gyűrű vizsgálatával a csillagászok ritka lehetőséget kaptak arra, hogy tanulmányozzák, mi marad egy bolygórendszerből egy ilyen erőszakos átalakulást követően. „Ez a rendszer tehát figyelemre méltó betekintést nyújt abba, hogyan nézhet ki a bolygórendszerek – köztük a saját Naprendszerünkhöz hasonló rendszerek – jövője” – összegezte Felipe Lagos-Vilches.