Kui sellised tähed, nagu meie Päike, ammutavad vesinikkütuse, sisenevad nad nn punase hiiglasliku haru (RGB) faasi. Seda iseloomustab see, et täht laieneb mitu korda algsesse suurusesse, mille järel nad kaotavad oma välimise kihi ja muutuvad kompaktseteks valgeteks kääbusteks. Järgmise paari miljardi aasta jooksul arvatakse, et need tähed tarbivad aeglaselt objekte ja tolmurõngaid, mis on endiselt piisavalt lähedal, et nende raskusjõud mõjutaks.
Melina Thévenot-nimeline kodanikuteadlane tegi aga valge kääbussüsteemi vaatlemisel hiljuti üllatusliku avastuse. Laiavälja infrapunaülevaatuse uurija (WISE) missiooni andmete põhjal on see täht olnud miljardeid aastaid valge kääbus, kuid selle ümber on endiselt mitu tolmurõngast. Tuntud kui LSPM J0207 + 3331 (või J0207), võib see avastus sundida teadlasi planeedisüsteemide mudeleid läbi vaatama.
Avastus tehti projekti Backyard Worlds: Planet 9 kaudu, projekti juhib Marc Kuchner (NASA Goddardi kosmoselennukeskuse astrofüüsik), mis tugineb vabatahtlikele, kes sorteerivad WISE andmeid uute avastuste jaoks. Asudes umbes 145 valgusaasta kaugusel Capricornuse tähtkujus, kahtlustavad astronoomid, et J0207 võib olla esimene teadaolev näide mitme tolmurõngaga valge kääbust ja vanim.
Avastus oli ka hiljuti ajakirjas avaldatud uuringu teema Astrofüüsikaline ajakiri (“Tagauksmaailmade kaudu avastatud 3 -yrine valge kääbus sooja tolmuga: Planeet 9 kodaniku teadusprojekt”). Nagu John Debes, Baltimore'i kosmoseteleskoobi teadusinstituudi astronoom ja paberkandjal juhtautor, hiljutises NASA pressiteates paljastas:
„See valge kääbus on nii vana, et ükskõik milline protsess materjali söötmisse selle rõngastesse toomiseks peab toimima miljardi aasta jooksul. Enamik mudeleid, mille teadlased on loonud valgete kääbuste ümber olevate rõngaste selgitamiseks, toimivad hästi kuni umbes 100 miljonit aastat, seega on see täht tõesti väljakutse meie eeldustele, kuidas planeedisüsteemid arenevad. ”
Tähe tuvastas NASA lairibavälja infrapunauuringute uurija (WISE) missioon, mis võttis kiire infrapunasignaali, mis viitas tolmu olemasolule. Tuginedes valgete kääbustähtede jahtumise kiirusele, arvutas Debesi meeskond pinnatemperatuuri põhjal - veidi üle 5800° C (10 500 ° C)° F) - et J0207 on olnud valge kääbuse faasis umbes 3 miljardit aastat.
Need uued leiud on vastuolus sellega, mida astronoomid on juba mõnda aega tähesüsteemide evolutsioonis kahtlustanud. Varem on astronoomid jälginud, kuidas tähe RGB-faasi üle elanud planeedid ja asteroidid liiguvad kaugemale, kui see siseneb valge kääbuse faasi. Selle põhjuseks on see, et täht on kaotanud suure osa oma massist ja seetõttu ka selle gravitatsiooniline mõju ümbritsevatele objektidele.
Astronoomid arvavad, et see juhtub meie päikesesüsteemiga umbes 5 miljardi aasta pärast. Pärast laienemist, et hõlmata Veenus, Merkuur ja Maa, kaotab meie Päike oma väliskihid ja muutub valgeks kääbuseks. Sel hetkel hakkavad ülejäänud planeedid ja objektid (kuhu kuuluvad tõenäoliselt asteroidi vöö, gaasigigandid ja Kuiperi vöö) kõik väljapoole.
Kuid 1-4% juhtudest on valged kääbused näidanud infrapunakiirgust, mis näitab, et neid ümbritsevad tolmukettad või -rõngad. Teadlased teoreetiliselt väidavad, et see võib olla tingitud asteroidide ja komeetide vööst gravitatsioonilise vastasmõju tõttu ümberasustatud planeetidega ja nende saatmisest tähe poole. Kui need kehad lähenevad valgele pöialpoissile, rebitakse neid tähe tugevast gravitatsioonist põhjustatud loodete häiretega laiali.
Tekkinud praht moodustaks tolmurõnga, mis langeb aeglaselt sissepoole ja akredeerub tähe pinnale. Kõigil varasematel juhtudel on tolmukettaid ja -rõngaid täheldatud siiski ainult valgete kääbuste ümber, mis olid umbes miljard aastat vanad. See tundus olevat kooskõlas arvamusega, et vanemad valged kääbused olid asteroidide pakkumise ja sellest tulenevad tolmurõngad tõhusalt ammendanud.
See viimane avastus muudab J0207 kõige vanemaks ja külmemaks valgeks kääbuseks, kus tolmu on kunagi täheldatud. Kui ta esimest korda J0207 infrapunasignaale märkas, arvas Melina Thévenot, et see on halb teave. Sel ajal oli ta otsinud Euroopa Kosmoseagentuuri kaudu Gaia missiooniarhiiv pruunide kääbuste jaoks, mis on infrapunakiirgusest vaevalt tuvastatavad.
Pärast WISE infrapunaandmetega tutvumist mõistis ta, et pruuni kääbuse jaoks oli see liiga hele ja kauge. Thévenot edastas need leiud Backyard Worlds: Planet 9 meeskonnale, kes seejärel sai järelvaadet W. M. Kecki vaatluskeskusest Hawaiil. Nagu Thévenot selgitas:
„See on otsimisel tõesti motiveeriv aspekt. Teadlased liiguvad oma teleskoopidega, et vaadata teie avastatud maailmu. Eriti meeldib mulle aga suhtlemine vinge uurimisrühmaga. Kõik on väga lahked ja proovivad meie avastustest alati parimat kasutada. ”
Veelgi enam, Debes ja tema kolleegid kahtlustavad, et J0207-l võib olla isegi rõngaste süsteem. Nad väidavad oma uurimuses, et see koosneks kahest eraldiseisvast komponendist: õhukesest välisrõngast, kus valge kääbuse raskusjõud lõhub asteroide, ja laiemale ringile, mis on tähe lähemal. Need uued tähelepanekud sunnivad astronoome tõenäoliselt oma mudeleid planeedisüsteemide arengu osas läbi vaatama.
"Ehitasime Backyard Worlds: Planet 9 peamiselt päikesesüsteemi pruunide kääbuste ja uute planeetide otsimiseks," ütles Kuchner. „Kuid kodanikeadlastega töötamine toob alati kaasa üllatusi. Nad on kahetsusväärsed - projekt tähistas just oma teist sünnipäeva ja nad on juba avastanud enam kui 1000 pruuni kääbust. Nüüd, kui oleme veebisaidi taaskäivitanud WISE-andmete topeltmahuga, ootame veelgi põnevamaid avastusi. ”
Lisaks sellele, et sundida ümber mõtlema, kuidas planeedisüsteem aja jooksul areneb, võiks see uurimistöö anda vihjeid meie enda päikesesüsteemi tuleviku kohta. Kui meie Päikesest saab valge kääbus, veedab ta tõenäoliselt järgmised paar miljardit aastat asteroide ja KBO-sid, mis on ellujäänud gaasigigaanide poolt nende vööst välja löödud. Selle värskeima uuringu kohaselt võis sellel mitu miljardit aastat hiljem olla ka tolmurõngas.
Ja kuigi see avastus oli astronoomide jaoks õnnistuseks, demonstreerib see ka seda, mis on võimalik tänu teadusorganisatsioonide ja kodanikuteadlaste koostööle. Eksoplaneetide uurimise ja arenenud astronoomia ajastul muudab õhuke andmemaht sellise koostöö mitte ainult vajalikuks, vaid ka väga tulutoovaks.