Astronomowie odkryli planetę, która przetrwała agonię swojej gwiazdy

Astronomowie dostrzegli skalistą planetę, mniej więcej dwa razy większą od Ziemi, która krąży na bardzo ciasnej orbicie wokół białego karła – pozostałości po gwieździe podobnej do Słońca. Odkrycie to pokazuje, co może się stać z naszą planetą, gdy Słońce wejdzie w ostatnie fazy ewolucji.

Około 4000 lat świetlnych od nas astronomowie dostrzegli podobną do Ziemi planetę, około dwa razy większą, która okrąża białego karła. Ten odległy układ planetarny, zidentyfikowany przez astronomów z University of California w Berkeley, wygląda bardzo podobnie do oczekiwań dotyczących tego, co stanie się z Ziemią, gdy Słońce zamieni się w białego karła.

Opis oraz rezultaty obserwacji ukazały się na łamach pisma "Nature Astronomy" (DOI: 10.1038/s41550-024-02375-9).

Jaka będzie przyszłość Ziemi? Jak nasza planeta będzie wyglądała za kilka miliardów lat? Istnienie podobnej do Ziemi planety wokół martwej gwiazdy daje nadzieję na ostateczne przetrwanie naszej planety. Pokazuje jeden z możliwych scenariuszy, jaki może spotkać Ziemię w dalekiej przyszłości.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Większość gwiazd wchodzących w ostatni rozdział swojego życia ma skłonność do kurczenia się, pomniejszania i powoli zmienia kolor. Astronomowie określają te gęste obiekty, które kiedyś były potężnymi gwiazdami, mianem białych karłów. Obiekty te to pozostałości średniej wielkości gwiazd, czyli takich, jak nasze Słońce. Gdy zużyją całe swoje paliwo w jądrze i zrzucą zewnętrzne warstwy, pozostające gorące jeszcze jądro zaczyna się ochładzać. Proces ten może trwać miliardy lat.

Ale zanim się skurczą, gwiazdy takie jak Słońce nadymają się pochłaniając pobliskie planety. W przypadku Układu Słonecznego szacuje się, że proces ten obejmie Merkurego, Wenus oraz Ziemię. Wszystkie te planety zostaną pochłonięte przez czerwone, olbrzymie Słońce. Proces ten zakończy się zrzuceniem przez umierającą gwiazdę swoich zewnętrznych warstw i pozostanie jedynie wypalony rdzeń nie większy niż planeta, ale o masie gwiazdy - biały karzeł.

Ale nie ma co panikować, według astronomów zdarzy się to za około 5 miliardów lat. Poza tym takie gwiezdne pozostałości wciąż mogą mieć planety, co pokazują niedawne obserwacje.

Odkrycie pokazuje etapy ewolucji gwiazd ciągu głównego, takich jak Słońce, przechodzących przez fazę czerwonego olbrzyma do białego karła. Pokazuje również, jak ten proces wpływa na planety wokół nich. Za kilka miliardów lat, zewnętrzne warstwy Słońca rozproszą się, pozostawiając po sobie gęstą, świecącą kulę — białego karła.

W miarę jak gwiazda będzie się rozszerzać stając się czerwonym olbrzymem, jej malejąca masa zmusi planety do migracji na bardziej odległe orbity, dając Ziemi niewielką szansę na przetrwanie na orbicie znajdującej się dalej od Słońca. Jeśli Ziemia przetrwa do tego czasu, prawdopodobnie będzie już na orbicie około dwa razy odleglejszej niż obecnie.

- Obecna orbita planety wynosząca 2,1 jednostki astronomicznej jest dokładnie taka, jakiej można by się spodziewać po Ziemi po tym, jak Słońce stanie się białym karłem — powiedział kierujący badaniami Keming Zhang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.

- Gdy słońce stanie się czerwonym olbrzymem, strefa nadająca się do zamieszkania przesunie się wokół orbity Jowisza i Saturna, a wiele z księżyców tych planet stanie się obiektami oceanicznymi. Myślę, że w takim przypadku ludzkość mogłaby tam wyemigrować - powiedział Zhang. Kilka księżyców Jowisza, takich jak Europa, Kallisto i Ganimedes, a także Enceladus krążący wokół Saturna, wydaje się mieć zamarznięte oceany wody, które prawdopodobnie rozmrożą się, gdy zewnętrzne warstwy czerwonego olbrzyma się rozszerzą.

- Obecnie nie jesteśmy zgodni co do tego, czy Ziemia może uniknąć pochłonięcia przez czerwonego olbrzyma za 5-6 miliardów lat - powiedział Zhang. Nowe odkrycia pokazują przykład planety, która przetrwała burzliwe zmiany swojej gwiazdy. Mało prawdopodobne jest, by mogła być siedliskiem życia, choć w pewnym momencie swojej historii, mogła mieć warunki sprzyjające rozwojowi życia, gdy jej gospodarz był jeszcze gwiazdą podobną do Słońca.

- Ten system jest przykładem planety, prawdopodobnie podobnej do Ziemi, pierwotnie na podobnej orbicie co Ziemia, która przetrwała fazę czerwonego olbrzyma swojej gwiazdy macierzystej – przyznała Jessica Lu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.

Odległy układ planetarny, w którym dokonano odkrycia, został odkryty w 2020 roku dzięki zjawisku mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Soczewkowanie to zjawisko, które można porównać do szkła powiększającego. Grawitacja wypacza czasoprzestrzeń. Im gęstszy i masywniejszy obiekt, tym silniejsza jest jego siła grawitacyjna, która może działać jak soczewka, powiększając i zniekształcając znajdujące się za nim źródło światła.

Zjawisko soczewkowania grawitacyjnego jest bardzo rzadkie i zachodzi, gdy światło z odległego źródła uginane jest przez bliższy obiekt zwany soczewką. Masa soczewki zakrzywia przestrzeń wokół niej, co powoduje ugięcie promieni świetlnych, w efekcie czego można zaobserwować pojaśnienie źródła.

Innymi słowy, do soczewkowania grawitacyjnego dochodzi wtedy, gdy grawitacja obiektów zagina i wzmacnia światło z odleglejszych gwiazd w chwili, gdy na jednej linii znajdzie się źródło promieniowania, obiekt soczewkujący oraz obserwator na Ziemi.

To przez to zjawisko badacze trafili na układ zawierający gwiazdę o masie około połowy masy Słońca, planetę nieznacznie większą od Ziemi na orbicie dwa razy większej niż obecna oraz bardzo dużą planetę o masie około 17 razy większej od masy Jowisza — prawdopodobnie brązowego karła. Brązowe karły to nieudane gwiazdy, których masa jest niewiele mniejsza od masy wymaganej do zainicjowania fuzji w jądrze.

Źródło: University of California Berkeley, Science Alert, fot. NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva Image processing: M. Zamani and M. Kosari (NSF's NOIRLab), CC BY 4.0, via Wikimedia Commons