Planeter med vatten och bana runt vita dvärgstjärnor är högintressanta

 

En vit dvärgstjärna är en stjärna som vår sol som kollapsat till en dvärgstjärna med mycket liten storlek efter att den gjort slut på sitt kärnbränsle. En vanlig vit dvärg har en radie som är ca 1 procent av solens men som grovt räknat har samma massa. Detta motsvarar en täthet och vikt på cirka 1 ton per kubikcentimeter.

Astronomer som söker planeter utanför vårt solsystem (exoplaneter)efter tecken på liv söker dessa planeter i första hand genom att söka efter förändringar i  ljusstyrka på en stjärna då de passerar framför denna mellan stjärnan och ett teleskop hos oss. De använder ljuset från stjärnan som passerar under planeternas tunna lager av atmosfären för att med spektralanalys undersöka vilka grundämnen och molekyler planeten innehåller.

En stor stjärna där kärnfusion med full effekt pågår (som vår sol eller större stjärnor) kan vara svår att att upptäcka planeter framför. Därför är det lättare att hitta en planet som kretsar kring en mindre och ljussvagare lugn vit dvärgstjärna. "Vita dvärgar är så små och så oansenliga att om en jordlik planet passerade framför dem skulle man kunna göra en mycket bättre undersökning med att karakterisera planetens atmosfär", beskriver astronomiprofessorn Juliette Becker vid University of Wisconsin-Madison  huvudförfattare till en ny studie som granskas av AAS Journals och presenterades i Madison vid American Astronomical Societys 244:e möte. 

 Det första stora hindret för att en sådan planet existerar skulle vara att den klarat de sista dagarna (relativt sett) av en liten till medelstor stjärnas existens innan denna krympt samman till en vit lugn dvärgstjärna då den först har svällt upp till en röd mycket stor stjärna som slukat allt i sin väg.

Även om en planet som hyser vatten undgår att sväljas (den kan vara på ett avstånd utanför uppsvällandet) är den skyddad från den flammande röda  stjärnans värme. Stjärnans utbuktande tillväxt följs av förlusten av dess massa och en enorm ökning av dess ljusstyrka (hetta).

– Det faktum att stjärnan blir så mycket hetare innebär att alla planeter i systemet, även de som brukade vara kalla i det yttre solsystemet, plötsligt kommer att få se sina yttemperaturer öka drastiskt, beskriver Becker. "Då kan deras vatten avdunsta helt."

En jordliknande planet måste alltså ligga minst 5 till 6 astronomiska enheter (1 AU är det genomsnittliga avståndet mellan jorden och solen) från sin vita dvärgstjärna för att ha behållet  en betydande mängd av sitt vatten efter att dess sol först svällt upp till en röd jättestjärna innan den krympt ihop till en vit dvärgstjärna enligt den nya studien.

– Om man kan vara tillräckligt långt borta under den här farliga tiden så att man inte förlorar sitt ytvatten så är det bra, beskriver Becker. "Men nackdelen är att då den är så långt borta från stjärnan kommer allt vatten att vara is och det är inte positivt för ett eventuellt liv."

Så småningom kommer den vita dvärgen att vara så liten och kall att en planet som skulle  ha tillräckligt med värme för att ha flytande vatten skulle behöva vara närmre än en 1 astronomisk enhet  från den vita dvärgstjärnan vilket är mycket närmre  än från 5- till 6-AU-säkerhetslinjen som den hade varit tvungen att finnas i under stjärnans uppsvällande för att inte slukas under stjärnans röda fas och dess hetta.

Ett sätt att ändra en planets omloppsbana så mycket är den så kallade tidvattenmigrationen något som  skulle  kunna ske.

"Att en planets omloppsbana ändras är ganska normalt", beskriver Becker. "Vid tidvattenmigration får en viss dynamisk instabilitet mellan planeterna i ett system att en av dem hamnar i en högexcentrisk omloppsbana likt en komet och får en kurs riktigt nära den centrala kroppen i systemet och sedan långt ut från den igen." Likt kometer gör.

Den typen av banor kommer att lägga sig i mindre excentriska och mer stabila banor som skulle kunna lämna en planet mycket nära en vit dvärgstjärna.

"Om du lägger ihop skilda datamodeller för detta skeende ser man att det är en farlig resa för planeten och svårt för haven att klara denna process, men den är möjlig", beskriver Becker, vars medarbetare inkluderar Andrew Vanderburg, en astrofysiker vid Massachusetts Institute of Technology som nyligen var professor vid UW-Madison, och UW-Madison-doktoranden Joseph Livesey.

Mer arbete om omständigheterna kring potentiella vita dvärgplaneter skulle hjälpa till att stärka oddsen och vägleda beslutsfattandet när det är dags att dela ut begränsade teleskopresurser för att söka efter planeter som kan hysa liv i dessas närhet.

Bild wikipedia.  Stjärnan Sirius A (mitten) och den vita dvärgen Sirius B (nedanför till vänster). Bilden tagen av Hubbleteleskopet.

Ett förmörkande vitdvärgstjärnbinärt system

 

Ett internationellt team av astronomer har observerat en avlägsen vit dvärgstjärna kallad WDJ 022558.21−692025.38. Objektet är ett förmörkande  vitdvärgstjärna binärt system (två vita dvärgstjärnor). Fyndet redovisas i en artikel som publicerades den 31 juli 2023 på preprintservern arXiv.

Astronomer är intresserade av att hitta och studera dubbla vita dvärgar då deras sammanslagningar tros producera nya vita dvärgar med högre massa. Det antas att vissa vita dvärgar med hög massa kan uppkommit genom sammanslagning av två mindre vita dvärgstjärnor. Den galaktiska populationen av vita dubbelstjärnor beräknas till hundratals miljoner i Vintergatan har ett fåtal hittats.

Nu rapporterar en grupp astronomer under ledning av James Munday vid University of Warwick, Storbritannien, upptäckten av ett annat tillägg till den fortfarande relativt korta listan över kända stjärnor av detta slag. De undersökte WDJ 022558.21−692025.38 ursprungligen identifierad som en enda vit dvärg, men omklassificerades senare som ett binärt system (baserat på data från NASA: TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite,). För detta ändamål erhöll de tidsseriespektroskopi och höghastighets multibandfotometri från olika markbaserade observatorier.

"Vi har upptäckt att J0225−6920 är ett förmörkande binärt system med en omloppsperiod på 47,19 minuter, beskriver forskarna i tidningen.

Observationskampanjen fann att J0225−6920 är ett förmörkande dubbelstjärnesystem bestående av en vit dvärg med en massa på cirka 0,4 solmassor och en följeslagare sannolikt vit dvärg med en massa på cirka 0,28 solmassor. Radierna för dessa två vita dvärgstjärnor uppmättes till 0,029 respektive 0,024 solradier.

Den effektiva temperaturen hos den primära vita dvärgen i J0225−6920 beräknades till cirka 22000 C medan den sekundära komponenten uppskattas vara 10700 C kallare. Astronomerna antar att båda objekten i systemet består av en heliumkärna och att den primära vita dvärgen har en ren väteytasammansättning. Avståndet till systemet uppmättes till cirka 1 312 ljusår.

Baserat på de insamlade uppgifterna antar författarna till artikeln att J0225−6920 kommer att smälta samman till en enda vit dvärg inom 41 miljoner år. De tillade att binären sannolikt kommer att genomgå en het subdvärgfas under vilken helium bränns för att bilda en kol-syrekärna.

"Dess sönderfall i omloppsbana kommer att vara mätbart fotometriskt inom 10 år med en precision på bättre än 1 %. Binärens öde är att slås bilda en enda mer massiv vit dvärgstjärna, beskriver forskarna.

Bild https://www.istockphoto.com/

Studier av Vita dvärgstjärnor kan ge ny kunskap om supernovor.

 

Forskare från RIKEN Cluster for Pioneering Research (RIKEN is a large natural sciences research institute in Japan) har använt sig av datormodeller för att visa hur en hypotetisk typ av supernova skulle utvecklas under tusentals år.

 Supernovor är viktiga för kosmologi, eftersom eett slag av dessa. Klassen Ia, används som  "standardljus" vid avståndsmätning och dessa mätningars resultat används i de för att räkna ut universums expansionshastighet som visar sig accelererar. Det är accepterat att typ Ia supernovor härrör från explosioner från degenererade stjärnor så kallade vita dvärgstjärnor. Stjärnor som bränt slut på sitt väte och krympt till kompakta mycket täta objekt. Men däremot är mekanismen som orsakar explosionerna inte förstådd.

Nyligen har upptäckten av vita dvärgstjärnor som snurrar runt sin axel extremt snabbt gett ökad trovärdighet till en teori om ursprunget till dessa supernovor. I teorin ingår 50 % av de vita dvärgstjärnorna därute i ett binärt system "ett dubbelstjärnsystem", där en av  stjärnornas ytskikt av helium exploderat och då antänds en större explosion i stjärnans kol-syrekärna. Resultat blir utplåning av stjärnan (en supernova är resultatet som lämnat en vit dvärg kvar) och dess följeslagare (stjärna) kastas bort med enorm hastighet från händelsesfären.

Mycket lite är känt om vilken form resterna av en sådan händelse har efter heliumexplosionen. För att utforska detta beslutade teamet att simulera den långsiktiga utvecklingens  formen av en supernovarester under tusentals år efter en  explosion. Faktum är att de kunde observera vissa funktioner som kan vara specifika för detta scenario vilket gav en möjlighet till att undersöka supernovafysik, inklusive en "skugga" eller mörk fläck omgiven av en ljus ring i områdena. De drog slutsatsen att resterna av explosioner av typ Ia inte nödvändigtvis är symmetriska vilket annars var den allmänt accepterade teorin.

Enligt Gilles Ferrand huvudförfattaren till studien, "D6 (namnet på denna) supernovaexplosion har en specifik form. Vi var inte övertygade om att det skulle synas i resterna långt efter den första händelsen men vi fann att det finns en specifik signatur som vi fortfarande kan se tusentals år efter explosionen. (D6 är scenariots namn som beskrivs ovan)

Shigehiro Nagataki, ledare för Astrophysical Big Bang Laboratory vid RIKEN, säger: "Det är ett mycket viktigt fynd då det kan påverka användningen av Ia-supernovor som kosmiska måttstockar. De ansågs en gång härstamma från ett enda fenomen men om dessa kan vara olika kan det kräva en omvärdering av hur vi använder Ia-supernovor”. (om alla inte är lika kan det kanske ge fel eller skilda mätresultat då vi använder dess ljus i mätning av universums expansionshastighet (min anm.))

Ferrand tillägger följande: "Framöver planerar vi att lära oss att mer exakt beräkna röntgenemissionen med hänsyn till sammansättningen och tillståndet hos den exploderade plasman för att göra direkta jämförelser med observationer. Vi hoppas att rapporten kommer att ge nya idéer till observatörer om vad man ska leta efter i supernovarester.

Forskningen, var ett samarbete med en internationell grupp av forskare från University of Manitoba och rapporten publicerades i The Astrophysical Journal.

Till slut en bild och en artikel från eso.org på bilden och bakgrunden till hur vår galax svarta hål fotograferades för första gången under gårdagen.

Bild längst upp i inlägget är från vikipedia på Stjärnan Sirius A (mitten) och den vita dvärgen Sirius B (nedanför till vänster). Bilden tagen av Hubbleteleskopet

Snart kan vi lättare hitta tecken på liv i vissa solsystem (om de finns där).

 

I en studie publicerad i Astrophysical Journal Letters visas hur NASA: s kommande James Webb Space Telescope kan hitta signaturer av liv på jordliknande planeter som kretsar kring vita dvärgstjärnor. (OBS ännu har inga sådana hittats)

En planet som kretsar kring en liten stjärna producerar starka atmosfäriska signaler när den passerar framför, eller "transiter", dess värdstjärna vilket möjliggör för det kraftfulla James Webb teleskopet att avsöka planetsystem vid vita dvärgar på några dagar och ge besked på om där kan finnas liv. Just vita dvärgar kan avsökas lättast då deras storlek och eventuella planeter har kort bantid på grund av närhet till stjärnan vilket är en förutsättning om liv på en sådan planet ska kunna existera. Vita dvärgstjärnor är 100 gånger mindre än vår sol nästan lika små som jorden vilket ger astronomer en sällsynt möjlighet att hitta steniga planeter. "Om steniga planeter finns runt vita dvärgar kan vi upptäcka tecken på liv på dem under de närmaste åren,"säger författare Lisa Kaltenegger, docent i astronomi vid College of Arts and Sciences och chef för Carl Sagan Institutet.

 

Co-lead författare Ryan MacDonald forskarassistent vid institutet sa att James Webb Space Telescope är konstruerad för att hitta signaturer av liv på steniga exoplaneter så låt oss hoppas detta teleskop kommer iväg som planerat i oktober 2021.

"När teleskopet observerar jordliknande planeter som kretsar runt vita dvärgar, kan James Webb Space Telescope upptäcka vatten och koldioxid inom några timmar," sa MacDonalda. "Två dagars observerande med detta kraftfulla teleskop möjliggör upptäckter av biosignaturgaser, såsom ozon och metan."

 

Upptäckten av den första transiterade jätteplaneten (se mitt blogginlägg av i går min anm.) som kretsar kring en vit dvärg (WD 1856+534b) tillkännagavs i ett separat dokument - lett av medförfattare Andrew Vanderburg, biträdande professor vid University of Wisconsin, Madison säger att denna upptäckt bevisar förekomsten av planeter runt vita dvärgar.

Denna planet är dock en gasjätte och kan därför inte upprätthålla liv. Men dess existens tyder på att mindre steniga planeter, som skulle kunna upprätthålla liv, också skulle kunna existera i beboeliga zoner runt vita dvärgar. NASA: s Transiting Exoplanet Survey Satellite söker nu sådana steniga planeter. Om och när en av dessa världar hittas har Kaltenegger och hennes team utvecklat de modeller och verktyg som krävs för att identifiera tecken på liv i dessa planeters atmosfär. 

James Webbteleskopet kan snart påbörja sökandet. Uppgifterna visade att en planet ungefär lika stor som Jupiter, kanske lite större kretsade mycket nära sin stjärna. Vanderburgs team tror att gasjättens ordinarie bana då den vita dvärgen var en kanske gul sol  var mycket längre bort från den vita dvärgstjärnan som den gula solen blev efterhand som den krympt ihop efter sin tid som röd nova  och flyttade in i sin nuvarande bana efter att stjärnan utvecklats till en vit dvärg. Se gårdagens inlägg om denna upptäckt.

Bild från pixabay.com.

Sökande efter Vita dvärgars magnetfält och anledningen till detta sökande.

En vit dvärg är en stjärna som en gång varit lik vår sol men kollapsat till en dvärgstjärna efter det att dess kärnbränsle tagit slut. En vanlig storlek på en vit dvärg är en radie som är 1 procent av solens  men har ungefär samma massa vilket innebär en densitet på cirka 1 tons vikt per kubikcentimeter. 


En vit dvärg är några tusen Celsiusgrader varm men kommer efter miljardtals år att ha kylts ner så mycket att den inte längre avger något synligt ljus och antas då bli en svart dvärg.  Hur många sådana som finns därute vet vi inte då de är nästan omöjliga att upptäcka om nu någon vit dvärg hunnit till detta stadie sedan Big Bang. 

Universums ålder uppskattas till 13,7 miljarder år vilket gör att troligen inga vita dvärgar ännu kommit till svart dvärgstadiet vilket gör det meningslöst att söka efter dem.


Men nu till det som inlägget ska behandla magnetiska fält och då från vita dvärgstjärnor.. Magnetiska fält spelar en viktig roll i stjärnevolution.


Ett polariserat ljusspektrum av det magnetiska fältet runt den vita dvärgen WD 0058-044 erhölls med bland annat ISIS utrustning den 19 september 2018. Det var ett viktigt steg för ny kunskap inom området som då erhölls. 


Eftersom spectralpolarimetring  är den mest känsliga metoden för detta har astronomer använt ISIS på William Herschel teleskopet (WHT), FORS på den VeryLarge Telescope (VLT), och Espadons på den Kanada-Frankrike-Hawaii Telescope (CFHT ). Var och en av dessa instrument är specialiserade instrument till specifika styrkor.


Både ISIS och FORS är särskilt väl lämpat för att upptäcka mycket svaga fält från relativt ljussvaga vita dvärgar. Detta är intressant då ISIS kan göra spectralpolarimetring med en optimal upplösningsstyrka runt raden H-alpha i rött vilket gör det möjligt att erhålla de mest känsliga fältmätningar även om området teleskopen ser är endast en fjärdedel av det som kan ses genom VLT.


Den pågående ISIS-undersökningen har som mål att hitta fler vita dvärgar med svag ljusstyrka för undersökning av magnetfält för att förbättra kunskapen om den faktiska fördelningen av magnetiska fältstyrkan bland vita dvärgar för att förstå hur magnetfält ser ut från en vit dvärg dess kylningsprocess och om vissa processer genererar nya magnetiska fält.


Ingen kunskap är onödig kunskap. Det enda är att viss grundforskning inte är kommersiellt användbar eller intressant för allmänheten i dag. Men viktig för framtida förståelse i andra sammanhang vi ännu bara anar eller inte ännu kan ana.

Så kan man tolka kunskapen om vad sökandet enligt ovan är och ger i dag för en samlad kunskapsbank om universum.
  

Bilden är på Stjärnan Sirius A i mitten med den vita dvärgen Sirius B (nedanför till vänster). Bilden är tagen av Hubbleteleskopet och publicerad bland annat på Wikipedia.

Vita dvärgstjärnors ibland mystiska kärnexplosioner kan ha lösts till hälften

Vita dvärgstjärnor är sista stadiet i en stjärnas liv då den kollapsat efter att ha blossat upp under sin sista tid. De kan även sluta som en nova (inte att förväxla med en supernova)  om de ligger i närheten av en stor röd jättestjärna varifrån de kan dra till sig gas och genom detta med ett antal års mellanrum ge ifrån sig energiexplosioner..

Ibland kan kärnexplosioner uppstå på den vita dvärgens yta(gäller där novor sker eller skett). 

Ca 50 sådana uppstår på skilda dvärgar i vår Vintergata varje år. Inte speciellt många då dvärgarnas antal är stort. Ingen vet hur många de är men man bör räkna i miljoner kanske miljarder.

Ca 50 kärnexplosioner på nästan alltid olika vita dvärgar  inträffar eller kanske bättre sagt så många upptäcker vi årligen per år från våra teleskop.

Mysteriet är att vissa av dessa explosioner är så ljusstarka och kraftfulla att vetenskapen inte kunnat förklara varför.

Men nu har astronomer vid Michigans universitet arbetat fram en trolig teori på varför dessa kraftfulla kärnexplosioner ibland inträffar på någon vit dvärg.

Det har antagits att gasen från den röda jättestjärnan i närområdet (det handlar ju om novor inte ensamma vita dvärgar (icke novor) där inga kärnexplosioner har setts) lämnat ifrån sig så mycket gas att det är denna energi som exploderar när gränsen för en tvingande urladdning genom kärnexplosion nåtts.

Men detta är inte hela förklaringen det förklarar enbart en kärnexplosion av det slag vi redan förstått. Den riktigt stora och mystiska föregås av att det vid explosionens början  avges en kall gasvåg av materia men direkt efter kommer en snabb het våg och när dessa kolliderar får vi den otroliga ljusa och kraftfulla våg vilken tidigare setts som svårförklarlig.

Skeendet är inte unikt utan sker vid varje kärnexplosion på en vit dvärgstjärna. Men ibland blir det en reaktion av det slag av betydligt större slag än vad vi kan se som kanske normal energiurladdning i novornas värld.

Ännu vet vi inte varför det ibland sker. Men forskningen har genom förståelsen av hur det sker likväl tagit ett nytt steg i förståelsen av vår verklighet.