Художественное представление белого карлика WD 1647+375, поглощающего ледяные фрагменты планеты, похожей на Плутон, что приводит к появлению химической сигнатуры, выявленной в ходе этого исследования. Источник: Снехалата Саху/ Уорикский университет

Астрономы с помощью космического телескопа «Хаббл» обнаружили остатки замёрзшего мира, похожего на Плутон, который поглощает далёкая звезда белый карлик.

Это космическое «место преступления» не только раскрывает драматическую судьбу фрагментов планет, но и подтверждает гипотезу о том, что компоненты, необходимые для жизни, разбросаны по всей галактике.

Обнаружение замороженного фрагмента планеты, богатого водой

Астрономы из Уорикского университета обнаружили химический отпечаток замороженного, богатого водой фрагмента планеты, который поглощает белый карлик за пределами Солнечной системы.

Считается, что в нашей Солнечной системе за доставку воды на Землю ответственны кометы и ледяные планетезимали (небольшие твёрдые объекты в космосе). Наличие этих ледяных объектов является необходимым условием для развития жизни в других мирах, но обнаружить их за пределами нашей Солнечной системы невероятно сложно, поскольку ледяные объекты малы, тусклы и требуют химического анализа.

Подсказки от космического телескопа «Хаббл»

В исследовании, опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, астрономы из Уорика, Европы и США нашли убедительные доказательства того, что в планетных системах за пределами нашей существуют ледяные тела, богатые летучими веществами, которые могут содержать воду и другие компоненты, необходимые для жизни.

Чтобы сделать это открытие, группа учёных использовала ультрафиолетовую спектроскопию космического телескопа «Хаббл» для изучения химического состава далёких звёзд. Одна из звёзд, WD 1647+375, выделялась наличием «летучих веществ» (химических соединений с низкой температурой плавления) на поверхности. Атмосфера белых карликов обычно состоит из водорода и гелия, но в WD 1647+375 были обнаружены такие элементы, как углерод, азот, сера и кислород.

Эта богатая летучими веществами атмосфера стала первым признаком того, что WD 1647+375 отличается от других звёзд.

Космическое место преступления: белые карлики как хранители улик

Ведущий автор исследования Снехалата Саху, научный сотрудник факультета физики Уорикского университета, сказала: «Для белых карликов нет ничего необычного в том, что они содержат кальций, железо и другие металлы из материала, который они аккрецируют (поглощают). Этот материал происходит от планет и астероидов, которые подходят слишком близко к звезде, разрушаются и аккрецируются. Анализ химического состава этого материала позволяет нам понять, из чего состоят планетезимали за пределами Солнечной системы.

«Таким образом, белые карлики действуют как космические места преступлений: когда в них падает планетезималь, его элементы оставляют химические следы в атмосфере звезды, что позволяет нам установить личность «жертвы». Как правило, мы видим следы аккреции каменистых материалов, таких как кальций и другие металлы, но обнаружение богатых летучими веществами обломков было подтверждено лишь в нескольких случаях».

Азот и кислород открывают нам ледяной мир

Один из летучих веществ, азот, является особенно важным химическим отпечатком ледяных миров. Ультрафиолетовая спектроскопия в этом исследовании показала, что материал, полученный с помощью WD 1647+ 375, содержал высокий процент азота по своей массе (~5%). Это самое высокое содержание азота, когда-либо обнаруженное в обломках белого карлика. Атмосфера WD 1647 + 375 также содержала гораздо больше кислорода, чем можно было бы ожидать, если бы поглощаемым объектом была горная порода – на 84% больше, что указывает на ледяной объект.

У астрономов также были данные, свидетельствующие о том, что обломки питали звезду по крайней мере в течение последних 13 лет со скоростью 200 000 кг (вес взрослого синего кита) в секунду. Это означало, что ледяной объект был не менее 3 км в поперечнике (или размером с комету), но это минимальный размер, поскольку на аккрецию могут уйти сотни тысяч лет, а не 13 лет, как в этом случае. Это значит, что объект мог быть ближе к 50 км в диаметре и квинтиллиону килограммов в массе.

В совокупности эти данные рисуют картину того, как эта звезда поглощает богатый льдом и водой планетоид (состоящий на 64 % из воды), возможно, комету, подобную комете Галлея, или фрагмент карликовой планеты, подобный C/2016 R2.

Планета, похожая на Плутон, за пределами Солнечной системы

Второй автор исследования, профессор Борис Т. Гэнсике, факультет физики, Уорикский университет, сказал: «Богатая летучими веществами природа WD 1647+375 делает её похожей на объекты пояса Койпера (ОКП) в нашей Солнечной системе — ледяные объекты, находящиеся за орбитой Нептуна. Мы считаем, что поглощаемое звездой планетезимальное тело, скорее всего, является фрагментом карликовой планеты, такой как Плутон. Это предположение основано на его богатом азотом составе, высокой прогнозируемой массе и высоком соотношении льда и камня — 2,5, что больше, чем у типичных карликовых планет, и, вероятно, указывает на его происхождение из коры или мантии планеты, похожей на Плутон.

Это первое однозначное обнаружение белого карлика с водородной атмосферой, который поглощает ледяное планетезимальное тело. Вопрос о том, сформировался ли этот объект в планетной системе вокруг исходной звезды или же это межзвёздная комета, захваченная из глубокого космоса, остаётся открытым. В любом случае это открытие является убедительным доказательством того, что в планетных системах за пределами нашей существуют ледяные тела, богатые летучими веществами.

Раскрывая тайны строительных блоков жизни

Это открытие также подчёркивает уникальную роль ультрафиолетовой спектроскопии в изучении состава таких редких объектов с высоким содержанием летучих веществ за пределами Солнечной системы. Только ультрафиолетовое излучение позволяет обнаружить летучие элементы (углерод, серу, кислород и особенно азот), и оно будет играть важную роль в будущих попытках поиска строительных блоков жизни вокруг других звёзд.

Ссылка: «Химическое обогащение коллапсарами как причина необычно высокого [Ba/Fe] в массивном звёздном скоплении карликовой галактики NGC 1569» Брейдена Лестера, Кендзи Бекки и Такудзи Цудзимото, 27 января 2025 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. DOI: 10.1093/mnras/staf142