Katedra Astronomii i Astrofizyki
Uniwersytet Mikołaja Kopernika

Zespół profesorów Niedzielskiego i Wolszczana odkrywa ślad wchłonięcia planety przez jej gwiazdę

dr Monika Adamów, prof. dr hab. Andrzej Niedzielski, dr Eva Villaver, dr Grzegorz Nowak, prof. Aleksander Wolszczan

Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Andrzeja Niedzielskiego (UMK) i Aleksandra Wolszczana (PennState), odkrywcy pierwszego pozasłonecznego układu planetarnego, przedstawił pierwszy przykład niedawnego wchłonięcia planety przez starzejącą się gwiazdę.

Mgr Monika Adamów, mgr Grzegorz Nowak i prof. Andrzej Niedzielski, wszyscy z UMK, oraz prof. Aleksander Wolszczan z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii i dr Eva Villaver z Uniwersytetu Autonomicznego w Madrycie zaobserwowali ślady zjawiska pochłaniania planet przez gwiazdy, wykorzystując do tego teleskop Hobby–Eberly, jeden z największych teleskopów optycznych na świecie. Badania przeprowadzone zostały w ramach projektu PTPS (PennState-Toruń Planet Search), poświęconego poszukiwaniom planet pozasłonecznych przy starych gwiazdach.

Jednym z badanych przez zespół od lat obiektów jest gwiazda BD+48 740, czerwony olbrzym starszy niż nasze Słońce, o masie 1,5 masy Słońca i promieniu większym około 11 razy od słonecznego. Astronomowie znaleźli na zadziwiająco eliptycznej orbicie wokół tej gwiazdy masywną planetę o okresie obiegu wynoszącym 771 dni i minimalnej masie 1,6 masy Jowisza. Wyniki badań wskazują, że w układzie istniała jeszcze jedna planeta, która została wchłonięta przez gwiazdę, gdy ta zaczęła rosnąć stając się tzw. czerwonym olbrzymem. Podobny los może spotkać wewnętrzne planety naszego Układu Słonecznego, gdy Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, a jego rozmiary wzrosną do rozmiarów orbity Ziemi za pięć miliardów lat - mówi prof. Wolszczan. Nasza szczegółowa analiza spektroskopowa pokazuje, że ten czerwony olbrzym, BD+48 740, zawiera niezwykle dużo litu, rzadkiego pierwiastka powstałego głównie w trakcie Wielkiego Wybuchu 14 miliardów lat temu. Lit jest łatwo niszczony w gwiazdach i dlatego jego nadmiar w starych gwiazdach jest tak niezwykły. - mówi M. Adamów. Teoretycy znaleźli jedynie kilka możliwych procesów, w których lit może być wytworzony w gwiazdach - dodaje Wolszczan. W przypadku BD+48 740 możliwe jest, że chwilowa nadwyżka litu została spowodowana przez wpadającą do wnętrza gwiazdy masywną planetę.

Drugim bardzo ważnym dowodem tego dramatycznego zajścia znalezionym przez astronomów jest właśnie wysoki mimośród orbity nowej planety Odkryliśmy, że planeta krąży na orbicie zbliżonej do orbity Marsa, lecz znacznie bardziej rozległej w swoim najdalszym punkcie - mówi Niedzielski. Takie orbity są wśród planet przy gwiazdach wyewoluowanych nietypowe i ta, na której krąży BD+48 740, jest faktycznie najbardziej eliptyczna spośród dotąd znanych. Zazwyczaj za tak niezwykłe orbity odpowiadają interakcje między planetami. Dlatego też astronomowie podejrzewają, że tego typu oddziaływanie miało miejsce, kiedy gwiazda stawała się czerwonym olbrzymem. Doprowadziło to do zepchnięcia w kierunku gwiazdy nieobecnej dziś w układzie planety i wyrzuciło jak bumerang na eliptyczną orbitę tę, którą astronomowie obecnie obserwują.

Zaobserwowanie planety w trakcie jej pochłaniania przez gwiazdę jest wyczynem niemal niewykonalnym, ze względu na względną szybkość z jaką przebiega ten proces, lecz o zajściu takiej kolizji można wywnioskować ze zmian składu chemicznego powierzchni gwiazdy - wyjaśnia Villaver. Znacznie wydłużona orbita masywnej planety, którą odkryliśmy przy tej bogatej w lit gwieździe, jest właśnie tego typu argumentem, który wskazywałby na niedawne wchłonięcie obecnie brakującej planety.

Gwiazda BD+48 740 to obiekt dziewiątej wielkości w gwiazdozbiorze Perseusza (w okolicy θ Persei), jest ona odległa jest od Słońca o 735 parseków (około 2400 lat świetlnych).

Praca opisująca odkrycie została opublikowana w prestiżowym Astrophysical Journal Letters (Adamów et al. 2012, ApJ, 754, L15).

BD+48 740 jest już trzynastą planetą pozasłoneczną odkrytą w ramach prowadzonego przez Niedzielskiego i Wolszczana projektu PTPS. Wcześniej tego roku zespół doniósł o odkryciu kolejnych pięciu planet przy czerwonych olbrzymach, w tym planety krążącej wokół gwiazdy HD 219415, przypominającej Jowisza w Układzie Słonecznym, o minimalnej masie równej masie Jowisza i okresie orbitalnym aż 5,7 lat.

Teleskop Hobby-Eberly jest wspólnym projektem Uniwersytetu Teksańskiego w Austin, Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii, Uniwersytetu Ludwiga-Maximiliana w Monachium oraz Uniwersytetu Georga-Augusta w Getyndze.

Badania wykorzystane w pracy finansowane były przez Narodowe Centrum Nauki (grant N N203 510938), U. S. National Aeronautics and Space Administration (NASA, grant NNX09AB36G), hiszpańskie Ministerstwo Nauki i Innowacji (grant AYA2010-20630) i Siódmy Projekt Ramowy Marie Curie (FP7 People-RG268111).