Mrtve zvezde poznate kao beli patuljci, imaju masu poput Sunca, a po veličini su slične Zemlji. Oni su uobičajeni u našoj galaksiji, jer 97% zvezda čine beli patuljci. Kako zvezde stižu do kraja svog života, njihova jezgra se urušavaju u gustu loptu belog patuljka, čineći da naša galaksija izgleda kao eterično groblje.
Uprkos njihovoj rasprostranjenosti, hemijski sastav ovih zvezdanih ostataka je godinama bio zagonetka za astronome. Prisustvo elemenata teških metala — poput silicijuma, magnezijuma i kalcijuma — na površini mnogih od ovih kompaktnih objekata je zbunjujuće otkriće koje prkosi našim očekivanjima o ponašanju zvezda.
„Znamo da ako su ovi teški metali prisutni na površini belog patuljka, beli patuljak je dovoljno gust da bi ovi teški metali veoma brzo trebalo da potone ka jezgru“, objašnjava diplomirani student JILA Tacuja Akiba. „Dakle, ne bi trebalo da vidite nikakve metale na površini belog patuljka osim ako beli patuljak nešto aktivno jede.“
Dok beli patuljci mogu da konzumiraju različite obližnje objekte, kao što su komete ili asteroidi (poznati kao planetezimali), zamršenosti ovog procesa tek treba da budu u potpunosti istražene. Međutim, ovo ponašanje bi moglo da bude ključ za otkrivanje misterije metalne kompozicije belog patuljka, što bi potencijalno moglo dovesti do uzbudljivih otkrića o dinamici belog patuljka.
U rezultatima objavljenim u novom članku u The Astrophisical Journal Letters, Akiba, zajedno sa JILA Fellov i profesorom astrofizičkih i planetarnih nauka Univerziteta Kolorado Boulder Ann-Marie Madigan i studentom Selah McIntire, vjeruju da su pronašli razlog zašto ovi zvjezdani zombiji jedu njihovi obližnji planetezimali. Koristeći kompjuterske simulacije, istraživači su simulirali belog patuljka koji dobija „natalni udarac“ tokom svog formiranja (što je primećeno) uzrokovano asimetričnim gubitkom mase, menjajući njegovo kretanje i dinamiku bilo kog okolnog materijala.
U 80% svojih probnih vožnji, istraživači su primetili da su, od udarca, orbite kometa i asteroida u opsegu od 30 do 240 AJ belog patuljka (što odgovara udaljenosti Sunce-Neptun i dalje) postale izdužene i poravnate . Štaviše, oko 40% naknadno pojedenih planetezimala dolazi iz suprotno rotirajućih (retrogradnih) orbita.
Istraživači su takođe proširili svoje simulacije kako bi ispitali dinamiku belog patuljka nakon 100 miliona godina. Otkrili su da obližnji planetezimali belog patuljka i dalje imaju izdužene orbite i da se kreću kao jedna koherentna jedinica, što je rezultat nikada ranije viđen.
„Ovo je nešto što mislim da je jedinstveno u našoj teoriji: možemo objasniti zašto su događaji akrecije tako dugotrajni“, navodi Madigan. „Dok drugi mehanizmi mogu objasniti originalni događaj akrecije, naše simulacije sa udarcem pokazuju zašto se to još uvek dešava stotinama miliona godina kasnije.“
Ovi rezultati objašnjavaju zašto se teški metali nalaze na površini belog patuljka, jer taj beli patuljak neprekidno konzumira manje objekte na svom putu.
Kako se Madiganova istraživačka grupa u JILA fokusira na gravitacionu dinamiku, gledanje na gravitaciju koja okružuje bele patuljke izgledalo je kao prirodni fokus proučavanja.
„Simulacije nam pomažu da razumemo dinamiku različitih astrofizičkih objekata“, kaže Akiba. „Dakle, u ovoj simulaciji bacamo gomilu asteroida i kometa oko belog patuljka, koji je znatno veći, i vidimo kako se simulacija razvija i koje od ovih asteroida i kometa beli patuljak jede.
Istraživači se nadaju da će svoje simulacije podići na veće razmere u budućim projektima, gledajući kako beli patuljci komuniciraju sa većim planetama.
Kako Akiba razrađuje, „Druge studije sugerišu da asteroidi i komete, mala tela, možda nisu jedini izvor zagađenja metalom na površini belog patuljka. Dakle, beli patuljci bi mogli da jedu nešto veće, poput planete.“
Ova nova otkrića dalje otkrivaju više o formiranju belih patuljaka, što je važno za razumevanje kako se solarni sistemi menjaju tokom miliona godina. Oni takođe pomažu da se rasvetli poreklo i buduća evolucija našeg solarnog sistema, otkrivajući više o uključenoj hemiji.
„Ogromna većina planeta u univerzumu će završiti u orbiti oko belog patuljka“, kaže Madigan. „Može biti da 50% ovih sistema pojede njihove zvezde, uključujući naš solarni sistem. Sada imamo mehanizam da objasnimo zašto bi se to dogodilo.“
„Planetezimali nam mogu dati uvid u druge solarne sisteme i planetarne kompozicije izvan mesta gde živimo u našem solarnom regionu“, dodaje Mekintajer. „Beli patuljci nisu samo sočivo u prošlost. Oni su takođe neka vrsta sočiva budućnosti.“
