Обнаружена ледяная планетезималь с высоким содержанием азота и воды в атмосфере белого карлика
Астрономы Уорикского университета обнаружили химический след поглощаемого белым карликом за пределами Солнечной системы ледяного, богатого водой фрагмента планетного тела.
В нашей системе считается, что кометы и ледяные планетезимали (малые твёрдые объекты в космосе) доставили воду на Землю. Существование таких ледяных объектов — необходимое условие для развития жизни на других мирах, но их крайне сложно обнаружить за пределами Солнечной системы, так как они малы, тусклы и требуют химического анализа.
В исследовании, опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, астрономы из Уорика, Европы и США нашли убедительные доказательства существования ледяных, богатых летучими веществами тел — способных доставлять воду и ингредиенты для жизни — в других планетных системах.
Для этого группа использовала ультрафиолетовую спектроскопию космического телескопа Hubble для изучения химического состава далёких звёзд. Одна звезда, WD 1647+375, выделялась наличием «летучих веществ» (химических соединений с низкой температурой плавления) на поверхности. Атмосфера белого карлика обычно состоит из водорода и гелия, но у WD 1647+375 были обнаружены такие элементы, как углерод, азот, сера и кислород.
Эта богатая летучими веществами атмосфера стала первой подсказкой, что WD 1647+375 отличается.
Ведущий автор Снехалата Саху, научный сотрудник Уорикского университета: «Для белых карликов не редкость показывать следы кальция, железа и других металлов из аккрецируемого (поглощаемого) материала. Этот материал поступает от планет и астероидов, которые подходят слишком близко к звезде, разрушаются и поглощаются. Анализ химического состава этого материала даёт нам окно в то, как устроены планетезимали за пределами Солнечной системы.
Таким образом, белые карлики действуют как космические места преступления — когда планетезималь падает, её элементы оставляют химические отпечатки в атмосфере звезды, позволяя нам восстановить личность «жертвы». Обычно мы видим свидетельства аккреции каменистого материала, такого как кальций и другие металлы, но наличие обломков, богатых летучими веществами, было подтверждено лишь в нескольких случаях».
Одно из летучих веществ — азот — особенно важный химический индикатор ледяных миров. Ультрафиолетовая спектроскопия в этом исследовании показала, что материал, поглощённый WD 1647+375, имел высокий процент массы в виде азота (~5%).
Это самое высокое содержание азота, когда-либо обнаруженное в обломках у белого карлика. Атмосфера WD 1647+375 также получила гораздо больше кислорода, чем можно было бы ожидать, если бы поглощаемый объект был каменистым — на 84% больше. Оба факта указывают на ледяной объект.
Астрономы также имели данные, показывающие, что обломки питали звезду как минимум последние 13 лет со скоростью 200 000 кг (вес взрослого синего кита) в секунду. Это означало, что ледяной объект был как минимум 3 км в поперечнике (размером с комету), но это минимальный размер, так как аккреция может длиться сотни тысяч лет дольше этого 13-летнего снимка, а значит, объект мог быть ближе к 50 км в диаметре и квинтиллиону килограммов.
В совокупности данные нарисовали картину ледяной/богатой водой планетезимали (состоящей на 64% из воды), поглощаемой этой звездой, возможно, кометы, подобной комете Галлея, или фрагмента карликовой планеты, подобного C/2016 R2.
Соавтор, профессор Борис Т. Гэнсике: «Богатая летучими веществами природа WD 1647+375 делает её похожей на объекты пояса Койпера (KBOs) в нашей Солнечной системе — ледяные объекты, обнаруженные за орбитой Нептуна. Мы считаем, что поглощаемая звездой планетезималь, скорее всего, является фрагментом карликовой планеты, подобной Плутону.
Это основано на её богатом азотом составе, высокой прогнозируемой массе и высоком соотношении льда к камню 2,5, что больше, чем у типичных KBOs, и, вероятно, происходит из коры или мантии планеты, подобной Плутону».
Это первое однозначное обнаружение белого карлика с водородной атмосферой, поглощающего исключительно ледяную планетезималь. Остаётся открытым вопрос, сформировался ли этот объект в планетной системе вокруг исходной звезды или же это межзвёздная комета, захваченная из глубокого космоса. В любом случае, открытие предоставляет убедительные доказательства того, что ледяные, богатые летучими веществами тела существуют в планетных системах за пределами нашей.
Открытие также подчёркивает уникальную роль ультрафиолетовой спектроскопии в исследовании состава таких редких, богатых летучими веществами объектов за пределами нашей системы. Только УФ-спектроскопия может обнаружить летучие элементы (углерод, сера, кислород и особенно азот) и будет важной частью будущих попыток поиска строительных блоков жизни у других звёзд.