Білий карлик WD J1328–1450 виявився оточеним незвично складною системою уламків: два газові кільця обертаються навколо мертвої зорі з різними швидкостями, утворюючи чітку прогалину між ними. Про це повідомляє команда астрономів у дослідженні, опублікованому в журналі Nature Astronomy, на яке звертає увагу видання Universe Today.

За версією дослідників, таку структуру могли «вирізати» два невеликі планетоподібні тіла, що пережили загибель своєї зорі. Це рідкісний погляд на те, як руйнується й переформатовуються планетні системи наприкінці життя зір.

Як помирають зорі на кшталт Сонця

Доля зорі визначається її масою. Наймасивніші завершують життя вибухами наднових, тоді як зорі середньої маси, подібні до Сонця, проходять інший шлях. Вони поступово втрачають масу, втрачають гравітаційний контроль над зовнішніми шарами, роздуваються й скидають газ у навколишній простір.

Так утворюється яскрава планетарна туманність, яка існує десятки тисяч років. У центрі залишається білий карлик — щільне зоряне «вугілля», де термоядерний синтез уже давно згас, а випромінювання йде лише від залишкового тепла. Теоретично з часом такі об’єкти охолонуть до чорних карликів, але Всесвіт ще надто молодий, щоб вони встигли з’явитися.

Цей перехід до білого карлика руйнівний для планет. Коли зоря роздувається, вона поглинає й випаровує внутрішні планети. У випадку Сонця майже напевно будуть знищені Меркурій і Венера, а, ймовірно, й Земля.

Диски уламків і «друге життя» планет

Астрономи часто спостерігають планетарні туманності з білими карликами в центрі. Інколи навколо таких залишків виявляють диски уламків — матеріал з колишніх планет, який був розірваний приливними силами. Вже давно існує гіпотеза, що з цього сміття можуть знову формуватися планети — своєрідне «друге коло» планетотворення, хоча шанси на виникнення життя в таких умовах вкрай малі.

У новій роботі описано білий карлик, оточений не просто диском, а подвійною газовою структурою. Стаття має назву «A double debris disc around a white dwarf sculpted by two planetary bodies», її головна авторка — Нікола Джентілле Фузілло (Nicola Gentille Fusillo) з Університету Трієста в Італії.

Автори нагадують, що навколо багатьох білих карликів виявлено пилові диски, а в атмосфері самих зір — хімічні сліди планетного матеріалу. Газові диски трапляються рідше: їх відомо лише 21, і всі вони раніше демонстрували характерний подвійний пік у спектральних лініях, що відповідає одному плоскому обертовому диску.

Чотири піки замість двох

У випадку WD J1328–1450 ситуація інша. Спостереження показали не подвійний, а четверний пік у спектральних лініях випромінювання газу. Це означає, що газ не зосереджений в одному кільці, а утворює два окремі кільця, які обертаються з різними швидкостями.

За розрахунками, внутрішнє газове кільце простягається від приблизно 0,14 до 0,34 радіуса Сонця, а зовнішнє — від 0,54 до 1,93 сонячних радіусів. Саме така геометрія й дає чотири піки: по два від кожного кільця, де одна частина газу рухається до нас (синє зміщення), а інша — від нас (червоне зміщення).

Співавтор дослідження Феліпе Лагос-Вільчес (Felipe Lagos-Vilches) з Університету Ворика у Великій Британії підкреслює, що структура особливо цікава своєю стабільністю: два кільця залишаються розділеними чіткою прогалиною, замість того щоб зливатися.

Приховані планетезималі та їхня надзвичайна міцність

Наявність газу в таких дисках пов’язують із планетезималями — невеликими тілами, що рухаються крізь пил і при зіткненнях випаровують його в газ. Це найімовірніший механізм утворення газу, хоча розглядаються й інші варіанти.

У WD J1328–1450, за оцінками, є щонайменше два такі тіла. Внутрішнє, ймовірно, не набагато більше за астероїд — лише кілька кілометрів у діаметрі. Зовнішнє може бути розміром із Плутон або навіть Місяць. Кожне з них рухається на власній орбіті й «пасе» відповідне кільце, підтримуючи його форму та прогалину між кільцями.

Особливою загадкою є внутрішнє тіло. Воно розташоване так близько до білого карлика, що мало б бути розірване приливними силами, якби не мало виняткової щільності або внутрішньої міцності. Розрахунки показують, що без міцної структури йому довелося б мати щільність, вищу за будь-який відомий матеріал: від понад 3600 г/см³ на внутрішньому краї орбіти до понад 252 г/см³ на зовнішньому. Для зовнішнього диска максимальна потрібна щільність становить понад 63 г/см³, що більш ніж утричі перевищує щільність найщільнішої відомої екзопланети.

Тому автори роблять висновок: планетезималі в цій системі повинні мати значну внутрішню міцність, інакше вони просто не змогли б вижити так близько до білого карлика.

Різний склад кілець і виклик для теорій

Два газові кільця відрізняються не лише орбітами й швидкостями, а й хімічним складом. Внутрішнє кільце збагачене магнієм, тоді як у зовнішньому магній, навпаки, сильно збіднений. Це може означати, що кожне кільце утворилося з уламків різних планет із різним складом. Інший варіант — що вони походять із різних шарів однієї зруйнованої планети, наприклад ядра та кори. Обидва сценарії поки що залишаються гіпотезами.

Дослідники наголошують, що виявлення стабільного подвійного диска ставить нові запитання до сучасних моделей формування й еволюції дисків уламків навколо білих карликів. Такі диски відомі вже близько двох десятиліть, але їхнє походження, типові архітектури та довготривала еволюція досі зрозумілі неповністю.

Система WD J1328–1450 дає додаткові спостережні обмеження, які допоможуть створити більш детальні фізичні моделі цих структур.

Можливий образ далекого майбутнього Сонячної системи

На думку авторів, ця система може бути натяком на те, що чекає й нашу Сонячну систему через мільярди років. Коли Сонце роздується, воно випарується Землю та інші внутрішні планети, залишивши після себе білий карлик і, можливо, диск уламків. Частина далеких тіл може вижити й сформувати складні структури, подібні до подвійного диска навколо WD J1328–1450.

Навіть якщо до того часу людство вже давно зникне, подібні «мертві» системи можуть стати єдиним слідом колишніх планетних світів, серед яких колись була й Земля.