vad händer med Jupiter när solen dör?

Titel: en joviansk analog som kretsar kring en vit dvärgstjärna

författare: J. W. Blackman, J. P. Beaulieu, D. P. Bennett, C. Danielski, C. Alard, A. A. Cole, A. Vandorou, C. Ranc, S. K. Terry, A. Bhattacharya, I. Bond, E. Bachelet, D. Veras, N. Koshimoto, V. Batista & J. B. Marquette

första författarens institution: School of Natural Sciences, University of Tasmania, Hobart, Australien

Status: Publicerad i Nature

har du någonsin undrat om jordens öde? Människor har bara funnits under en liten bråkdel av jordens livstid sedan den bildades. Även om vi inte kan förutsäga vad som händer på jordens yta, kommer planeten som helhet förmodligen att överleva miljarder år in i framtiden. Jordens öde beror på solens öde, vilket leder oss till studien av stjärnutveckling. Under sitt huvudsekvenssteg smälter solen väte till helium i sin kärna. När vätet tar slut blir solen en röd jätte. Dess kärna kommer att krympa under tyngdkraften och de yttre skikten kommer att expandera förbi Mercury-banan. Jorden kommer sannolikt att uppslukas av solen på cirka 8 miljarder år. Så småningom kommer solen att kasta sina yttre lager och den återstående kärnan kommer att vara en vit dvärg, men jorden skulle vara långt borta då. Det är lite sorgligt att tro att vår planet inte kommer att överleva den åldrande solen, men hur är det med andra planeter längre ut i solsystemet? Vad sägs om Jupiter, eller planeter bortom det?

eftersom vi inte kan spola framåt solens utveckling kan vi leta efter andra planeter runt andra stjärnor som befinner sig i de sena stadierna av deras liv. Om det finns några exoplaneter som kretsar kring en röd jätte eller en vit dvärg, kommer det att ge oss en inblick i vår egen framtid.

hur man hittar planeter med mikrolensing

de tre mest populära metoderna för att upptäcka exoplaneter är radiell hastighet, transitering och direkt avbildning. Med de två första metoderna letar astronomer efter planetinducerade periodiska variationer i värdstjärnans hastighet eller ljusstyrka. Effekten är mer märkbar om planeterna är större, mer massiva och om de kretsar närmare värdstjärnan. Den direkta avbildningsmetoden fungerar bäst när planeten är stor och kretsar mycket långt från värdstjärnan. Dessa detektionsfördomar är inte idealiska när vi vill hitta planetariska system som våra egna. Av den anledningen vänder författarna till dagens papper till gravitationsmikrolensing.

mikrolenseringstekniken upptäcker förstoringen av en bakgrundsstjärna på grund av gravitationen hos ett linsobjekt som passerar framför det (se denna astrobit för en exoplanetundersökning med denna teknik). När en stjärna (linsen) passerar framför en annan (källan) förstärker gravitationslinsen ljuset från källan. Om linsstjärnan har en planet som kretsar runt den och planeten ligger nära stjärnans Einstein-ring, orsakar dess gravitation en ytterligare spik i den uppmätta intensiteten från källan.

Linshändelser är sällsynta, men deras förekomst är mindre beroende av planetens egenskaper, vilket ger oss en mer opartisk sond av exoplanetpopulationer. Dessutom är linstekniken känslig för jordliknande planeter runt coola stjärnor. Detta var den första metoden som kunde upptäcka planeter av jordliknande massa runt vanliga huvudsekvensstjärnor.

planeten med en saknad värd

författarna till dagens papper upptäckte en planet med hjälp av mikrolensing, men de upptäckte inte ljus från en huvudsekvensstjärna värd. Den aktuella mikrolensevenemanget, MOA-2010-BLG-477Lb, hittades av Microlensing Observations in Astrophysics collaboration 2010. Forskarna passar modeller till mikrolensingljuskurvan förutsatt att värdstjärnan är en huvudsekvensstjärna och fann att den bästa passformen är 0,15 till 0,93 solmassor. Den bästa passformen har också en planet mellan 0,5 och 2,1 Jupiter-massor. Med tanke på uppskattningarna av linsstjärnans korrekta rörelse kunde laget förutsäga var det skulle röra sig med avseende på källstjärnan efter mikrolensevenemanget. De använde Keck II-teleskopet för att få uppföljningsbilder, som visas i Fig 2. Konturerna i panel c visar den förväntade platsen för den möjliga huvudsekvensvärden, men det finns ingen stjärna att hitta! Om det inte finns någon huvudsekvensstjärna upptäckt men stjärnans massa är känd, vad kan värden eventuellt vara?

värden kan bara vara en vit dvärg

linsanalysen begränsar den förutsagda ljusstyrkan hos linsstjärnan, vilket beror på det okända linsavståndet. Fig. 3 visar att utbudet av möjliga huvudsekvenslinser för händelsen alla skulle vara ljusare än Keck-detekteringsgränsen. Eftersom ingen sådan stjärna observeras kan linsen inte vara en huvudsekvensstjärna. Linsstjärnan kan inte heller vara en brun dvärg eftersom linssystemet är minst 0, 15 solmassor. På samma sätt reglerar den övre massgränsen på 0,78 solmassor neutronstjärnor och svarta hål som värdstjärnor. Eftersom huvudsekvensstjärnor, bruna dvärgar, neutronstjärnor och svarta hål utesluts, drar författarna slutsatsen att linsen måste vara en vit dvärg.

vad betyder detta?

huvudsekvensstjärnor som vår sol utvecklas våldsamt till vita dvärgar. Vår jord kommer sannolikt inte att överleva solens röda jättefas, men simuleringar förutsäger att planeter i Jupiter-liknande banor kan överleva. Detta system är den första observerade Jupiter-analogen som kretsar kring en vit dvärg, bevis på att planeter runt vita dvärgar kan överleva de jättefaserna i deras värds utveckling. Detta system representerar ett möjligt slutstadium av solen och Jupiter i vårt eget solsystem.

Astrobite redigerad av Macy Huston

Dagens bild kredit: J. W. Blackman