Astronomen hebben met de Gemini South-telescoop in Chili, die door het NOIRLab van NSF wordt geëxploiteerd, het eerste bewijs waargenomen dat een stervende zonachtige ster een exoplaneet heeft opgeslokt. Het "rokende pistool" van deze gebeurtenis werd gezien in een lange en laagenergetische uitbarsting van de ster, het kenmerk van een planeet die langs het oppervlak van een ster scheert. Dit nooit eerder geziene proces kan het uiteindelijke lot van de aarde inluiden wanneer onze eigen zon over ongeveer vijf miljard jaar het einde van haar leven nadert.
Door talloze sterren in verschillende fasen van hun evolutie te bestuderen, hebben sterrenkundigen inzicht gekregen in de levenscyclus van sterren en de manier waarop zij tijdens hun veroudering met hun omringende planetenstelsels omgaan. Dit onderzoek bevestigt dat wanneer een zonachtige ster het einde van zijn leven nadert, hij 100 tot 1000 keer zo groot wordt als zijn oorspronkelijke omvang en uiteindelijk de binnenste planeten van het systeem opslokt. Dergelijke gebeurtenissen komen naar schatting slechts een paar keer per jaar voor in de hele Melkweg. Hoewel eerdere waarnemingen de nasleep van opslokkende planeten hebben bevestigd, hebben astronomen er nog nooit een op heterdaad betrapt, tot nu.
Met het vermogen van de Gemini South Adaptive Optics Imager (GSAOI) op Gemini South, de ene helft van het International Gemini Observatory, beheerd door NSF's NOIRLab, hebben astronomen het eerste directe bewijs waargenomen dat een stervende ster uitzet om een van zijn planeten op te slokken. Het bewijs voor deze gebeurtenis werd gevonden in een opvallende "lange en laagenergetische" uitbarsting van een ster in de Melkweg op ongeveer 13.000 lichtjaar van de aarde. Deze gebeurtenis, het verslinden van een planeet door een verzwelgende ster, voorspelt waarschijnlijk het uiteindelijke lot van Mercurius, Venus en de aarde wanneer onze zon over ongeveer vijf miljard jaar aan haar doodsstrijd begint.
"Deze waarnemingen bieden een nieuw perspectief op het vinden en bestuderen van de miljarden sterren in onze Melkweg die hun planeten al hebben opgeslokt," zegt Ryan Lau, NOIRLab-astronoom en co-auteur van deze studie, die is gepubliceerd in het tijdschrift Nature.
Het grootste deel van zijn leven smelt een zonachtige ster waterstof om tot helium in zijn hete, dichte kern, waardoor de ster zich kan afzetten tegen het verpletterende gewicht van zijn buitenste lagen. Wanneer de waterstof in de kern opraakt, begint de ster helium in koolstof te fuseren, en de waterstoffusie verplaatst zich naar de buitenste lagen van de ster, waardoor deze uitzetten en de zonachtige ster in een rode reus verandert.
Zo'n transformatie is echter slecht nieuws voor planeten in het sterrensysteem. Als het oppervlak van de ster uiteindelijk uitzet om een van zijn planeten op te slokken, zou hun interactie een spectaculaire uitbarsting van energie en materiaal veroorzaken. Dit proces zou ook de omloopsnelheid van de planeet afremmen, waardoor deze in de ster zou storten.
De eerste aanwijzingen voor deze gebeurtenis werden ontdekt door optische beelden van de Zwicky Transient Facility. Infraroodbeelden van NASA's Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer (NEOWISE), die in stoffige omgevingen kan kijken op zoek naar uitbarstingen en andere gebeurtenissen van voorbijgaande aard, bevestigden vervolgens de opslorping, genaamd ZTF SLRN-2020. "Ons team heeft de infraroodkaarten van NEOWISE voor de hele hemel opnieuw geanalyseerd, wat een voorbeeld is van het enorme ontdekkingspotentieel van archiefgegevens", aldus Aaron Meisner, astronoom bij NOIRLab en medeauteur van het artikel.
Het onderscheiden van een planetaire uitbarsting van andere soorten uitbarstingen, zoals zonnevlammen en coronale massa-uitbarstingen, is moeilijk en vereist waarnemingen met hoge resolutie om de locatie van een uitbarsting te bepalen en langetermijnmetingen van de helderheid zonder verontreiniging door nabije sterren.
Gemini South leverde deze essentiële gegevens dankzij zijn adaptieve optiekmogelijkheden.
"Gemini South blijft ons begrip van het heelal uitbreiden en deze nieuwe waarnemingen ondersteunen voorspellingen voor de toekomst van onze eigen planeet," zei NSF Gemini Observatory programmadirecteur Martin Still. "Deze ontdekking is een prachtig voorbeeld van de prestaties die we kunnen leveren wanneer we telescoopoperaties van wereldklasse combineren met geavanceerde wetenschappelijke samenwerking."
"Met deze revolutionaire nieuwe optische en infrarood onderzoeken zijn we nu getuige van dergelijke gebeurtenissen in real time in onze eigen Melkweg - een bewijs van onze bijna zekere toekomst als planeet," zei Kishalay De, een astronoom aan het Massachusetts Institute of Technology en hoofdauteur van het artikel.
De uitbarsting van de opslokking duurde ongeveer 100 dagen en de kenmerken van de lichtcurve en het uitgeworpen materiaal gaven de astronomen inzicht in de massa van de ster en die van zijn opgeslokte planeet. Het uitgestoten materiaal bestond uit ongeveer 33 aardmassa's waterstof en ongeveer 0,33 aardmassa's stof. "Dat is meer ster- en planeetvormend materiaal dat wordt gerecycled, of uitgebraakt, in het interstellaire medium dankzij de ster die de planeet opeet," aldus Lau. Op basis van deze analyse schatte het team dat de moederster ongeveer 0,8-1,5 keer de massa van onze zon heeft en dat de opgeslokte planeet 1-10 keer de massa van Jupiter heeft.
Nu de kenmerken van een planetaire opslorping voor het eerst zijn geïdentificeerd, beschikken astronomen over betere methoden om te zoeken naar soortgelijke gebeurtenissen elders in de kosmos. Dit zal vooral belangrijk zijn wanneer Vera C. Rubin Observatory in 2025 operationeel wordt. Zo kunnen de waargenomen effecten van chemische verontreiniging op de overgebleven ster, wanneer die elders wordt waargenomen, erop wijzen dat een opslorping heeft plaatsgevonden. De interpretatie van deze gebeurtenis levert ook bewijs voor een ontbrekende schakel in ons begrip van de evolutie en het uiteindelijke lot van planetenstelsels, waaronder het onze.
"Ik denk dat er iets opmerkelijks aan deze resultaten is dat spreekt over de vergankelijkheid van ons bestaan," zegt Lau. "Na de miljarden jaren die de levensduur van ons zonnestelsel beslaat, zullen onze eigen eindstadia waarschijnlijk eindigen in een laatste flits die slechts enkele maanden duurt."
Bron: NOIRLab
