Dlaczego białe karły są zanieczyszczone metalami ciężkimi

Martwe gwiazdy, znane jako białe karły, mają masę podobną do Słońca, ale rozmiarami przypominają Ziemię. Są one powszechne w Drodze Mlecznej, ponieważ 97 proc. gwiazd ostatecznie się w nie zmieni. Naukowcy od lat zastanawiali się czemu są one zanieczyszczone metalami ciężki.

Pomimo ich powszechności, skład chemiczny tych pozostałości gwiezdnych od lat stanowi zagadkę dla astronomów. Obecność pierwiastków metali ciężkich – takich jak krzem, magnez i wapń – na powierzchni wielu z tych zwartych obiektów jest zdaniem astronomów, kłopotliwym odkryciem, które przeczy oczekiwaniom dotyczącym zachowania gwiazd.

„Wiemy, że jeśli metale ciężkie mogą zanieczyszczać białe karły, to są one na tyle gęste, że te pierwiastki powinny bardzo szybko opadać w kierunku jądra. Tak więc na powierzchni tych obiektów nie powinno być żadnych metali, chyba że aktywnie coś pochłaniają” – wyjaśnia Tatsuya Akiba z University of Colorado Boulder.

Jak wskazują astronomowie, podczas gdy białe karły mogą pochłaniać różne pobliskie planetozymale (obiekty, takie jak komety lub asteroidy), proces ten i jego konsekwencje nie zostały jeszcze w pełni zbadane. Zachowanie to, jak wskazują, może jednak stanowić klucz do rozwikłania tajemnicy składu białego karła, jego dynamiki i zawartości metali ciężkich.

W czasie najnowszego badania, opublikowanego w The Astrophysical Journal Letters, astronomowie z University of Colorado, odnaleźli powód, dla którego te obiekty gwiezdne zjadają pobliskie planetozymale. Korzystając z symulacji komputerowych, naukowcy potwierdzili, że białe karły podczas formowania otrzymują „wstrząs” spowodowany, asymetryczną utratą masy, zmieniając jego ruch i dynamikę otaczającej go materii.

W 80 proc. testów naukowcy zaobserwowali, że w wyniku „wstrząsu” orbity komet i asteroid w odległości od 30 do 240 AU (jednostek astronomicznych) od białego karła uległy wydłużeniu i wyrównaniu. Jak wskazują badacze, około 40 proc. pochłoniętych obiektów pochodzi z orbit przeciwbieżnych (wstecznych).

Naukowcy rozszerzyli swoje symulacje, aby zbadać również dynamikę białych karłów po 100 milionach lat. Okazało się, że pobliskie planetoidy okrążające obiekty nadal miały wydłużone orbity i poruszały się jako jedna spójna jednostka, czego nigdy wcześniej nie zaobserwowano.

Jak wskazują astronomowie, wyniki te wyjaśniają, dlaczego metale ciężkie znajdują się na powierzchni białych karłów, ponieważ nieustannie pochłaniają one mniejsze obiekty na swojej drodze.

„Symulacje pomagają nam zrozumieć dynamikę różnych obiektów astrofizycznych. Tak więc w tej symulacji rzuciliśmy kilka asteroid i komet wokół białego karła, który był znacznie większy, i obserwowaliśmy, jak ewoluuje, oraz które z obiektów biały karzeł pochłonie” – tłumaczą astronomowie.

„Inne badania sugerują, że asteroidy i komety, małe ciała, mogą nie być jedynym źródłem zanieczyszczeń metalami na powierzchni białego karła. Mogą więc zjadać coś większego, na przykład planety” – podkreślają badacze

Emil Gołoś