თეთრი ჯუჯის ფერფლიდან ახალი პლანეტა შეიძლება დაბადებულიყო

NASA-ს 5 ოქტომბრის ცნობით, თეთრი ჯუჯა HS 0209+0832-ის გარშემო შესაძლოა მოძრაობდეს პლანეტა, რომელიც ვარსკვლავის მიერ სიცოცხლის ბოლოს გამოტყორცნილი მასალისგან წარმოიქმნა. მკვლევრებმა ვარსკვლავის ატმოსფეროში უჩვეულო ქიმიური კვალი აღმოაჩინეს და მისი შესაძლო წყარო მეორე თაობის პლანეტის კანდიდატად მიიჩნიეს. დადასტურების შემთხვევაში ეს აჩვენებს, რომ პლანეტა ვარსკვლავის სიკვდილის შემდეგ დარჩენილი ნივთიერებისგანაც შეიძლება ჩამოყალიბდეს.

Nature Astronomy-ში 5 ოქტომბერს გამოქვეყნებული კვლევა აერთიანებს 1999 წელს „ჰაბლით“ მიღებული სპექტრის ხელახალ ანალიზსა და TESS-ის მონაცემებში აღმოჩენილ 4.399 ± 0.026-დღიან სიკაშკაშის პერიოდულობას. სპექტრი აჩვენებს, რა ნივთიერება ხვდება თეთრ ჯუჯაზე; პერიოდული ცვლილება კი მის სიახლოვეს მოძრავი ობიექტის სცენარს ამყარებს. ეს დაკვირვებები პლანეტის გამოსახულება არ არის: სხეულის არსებობა და მისი წარმოშობა ჯერ მონაცემების ახსნას ეყრდნობა.

როგორ ამოიცნეს ნიობიუმი ძველ სპექტრში

აღმოჩენის საწყისი „ჰაბლის“ საარქივო ჩანაწერია. ულტრაიისფერ სპექტრში ჩანდა მრავალი შთანთქმის ხაზი — ადგილები, სადაც კონკრეტულმა ატომებმა ვარსკვლავის სინათლის ნაწილი შეაკავეს. თავდაპირველ ანალიზში ზოგი ხაზი ცნობილ ელემენტებს დაუკავშირეს, ბევრი კი აუხსნელი დარჩა. მკვლევრებმა ჩანაწერი განახლებული ატომური მონაცემებითა და ვარსკვლავის ატმოსფეროს მოდელებით ხელახლა შეამოწმეს; ამ ხაზების დიდი ნაწილი სპილენძსა და ნიობიუმს შეუსაბამეს.

ნიობიუმის ამოცნობა ერთ განცალკევებულ ხაზს არ ეყრდნობა. კვლევაში გამოყენებული მოდელი ამ ელემენტის სხვადასხვა იონურ მდგომარეობას შეესაბამება, ხოლო სხვა ულტრაიისფერი ტელესკოპის, FUSE-ის, საარქივო სპექტრშიც იგივე კვალი ჩანს. შედარებისთვის მკვლევრებმა სხვა მეტალებით გამდიდრებული თეთრი ჯუჯების ჩანაწერებიც შეისწავლეს და მათში ნიობიუმი ვერ იპოვეს. ამიტომ HS 0209+0832-ის უჩვეულო შემადგენლობა მხოლოდ ძველი გაზომვის შეცდომით ძნელად აიხსნება.

თეთრი ჯუჯის ზედაპირზე მძიმე ელემენტების არსებობას დამატებითი ახსნა სჭირდება: მისი ძლიერი მიზიდულობის გამო ისინი ქვედა ფენებში ჩადიან, თუმცა მაღალი ტემპერატურისას გამოსხივებამ ზოგი ელემენტი ზედაპირზე შეიძლება შეაკავოს. მკვლევრებმა ეს ეფექტი ცალკე გაითვალისწინეს და დაასკვნეს, რომ ნიობიუმის, სპილენძისა და თუთიის გაზომილ სიჭარბეს გარედან შემოსული მასალა სჭირდება. სპექტრი სწორედ ვარსკვლავის ატმოსფეროს გვიჩვენებს და არა ნივთიერების მომწოდებელ სხეულს.

რატომ უკავშირდება ქიმიური კვალი მეორე თაობის პლანეტას

HS 0209+0832-ის ატმოსფეროში თუთია, სპილენძი და განსაკუთრებით ნიობიუმი უჩვეულოდ გამდიდრებულია. სამაგიეროდ, კლდოვანი სხეულებისთვის მნიშვნელოვანი სილიციუმი მცირე რაოდენობით ჩანს, რკინა კი არ გამოვლენილა. მკვლევრებმა ეს შეხამება სხვა თეთრი ჯუჯებისკენ მიმავალ კლდოვან ნამსხვრევებსა და მზის სისტემის მეტეორიტებს შეადარეს, მაგრამ შესაბამისი შემადგენლობა ვერ იპოვეს. ატმოსფეროში არსებული ჰელიუმიც მიანიშნებს, რომ ვარსკვლავზე შესაძლოა გაზით მდიდარი სხეულიდან წამოსული ნივთიერება ცვიოდეს.

ნიობიუმი წარმოშობის განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი მინიშნებაა. იგი იმ მძიმე ელემენტთა ჯგუფს მიეკუთვნება, რომელთა სიჭარბე ვარსკვლავის სიცოცხლის გვიან ეტაპზე მიმდინარე ნელი ნეიტრონული დაჭერის პროცესს შეიძლება უკავშირდებოდეს. ამ პროცესით გამდიდრებული გარე ფენები ვარსკვლავმა სივრცეში გამოტყორცნა; კვლევის მოდელში მათი ნაწილი ნარჩენის გარშემო დისკად შეიკრიბა და შესაძლო ახალი პლანეტის მასალად იქცა. ამგვარი წარმომავლობის გამო მას მეორე თაობის კანდიდატს უწოდებენ.

დისკის წარმოქმნას თავისი პირობა აქვს. თუ ვარსკვლავი ნივთიერებას ყველა მიმართულებით თითქმის თანაბრად კარგავდა, მასალა ორბიტაზე ძნელად დარჩებოდა; მკვლევრები განიხილავენ ახლო თანამგზავრს, რომლის მიზიდულობასაც გამოტყორცნილი გაზის ნაწილი შეეძლო შეეკავებინა. ამ თანამგზავრის არსებობა HS 0209+0832-ის წარსულში დადგენილი არ არის. სხვა განხილული სცენარით, უფრო ძველ პლანეტურ ბირთვს მოგვიანებით გამოტყორცნილი ნივთიერებისგან ახალი ატმოსფერო შეეძინა; ასეთ შემთხვევაში ქიმიური კვალი გვიანდელი მასალისაა, თუმცა მთლიანი სხეული თავიდან არ დაბადებულა.

ქიმიურ სურათში პასუხგაუცემელი დეტალიც რჩება: ნიობიუმთან დაკავშირებული სხვა მძიმე ელემენტი, სტრონციუმი, სპექტრში არ გამოვლენილა. ვარსკვლავის მიერ თავდაპირველად შექმნილი ელემენტების შეფარდება და სავარაუდო პლანეტის ატმოსფეროში შემდგომი პროცესები საბოლოო შემადგენლობაზე შეიძლება მოქმედებდეს. ამიტომ ნიობიუმის სიჭარბე წარმომავლობის მინიშნებაა, მაგრამ წარმოქმნის ზუსტ გზას მარტო ვერ ადგენს.

რას გვიჩვენებს სიკაშკაშის განმეორებადი ციკლი

TESS-ის ფოტომეტრიაში ვარსკვლავის სინათლე სუსტად, მაგრამ რეგულარულად იცვლება. პლანეტური ახსნით, თეთრ ჯუჯასთან ახლოს მოძრავი გაზის გიგანტი პერიოდულად სხვადასხვა განათებულ მხარეს გვიჩვენებს. კვლევის მოდელი მას ვარსკვლავთან ახლო ორბიტაზე ათავსებს; ეს გამოთვლილი მდებარეობაა და არა პირდაპირ გადაღებული პლანეტა. მკვლევრები სხეულს დაახლოებით იუპიტერის ზომის გაზის გიგანტად განიხილავენ, თუმცა ეს შეფასებაც არჩეულ მოდელზეა დამოკიდებული.

თეთრი ჯუჯა ჯერ კიდევ ცხელია. ასეთ ახლო ორბიტაზე მისმა ენერგიულმა გამოსხივებამ კანდიდატის ატმოსფეროდან გაზი შეიძლება გამოდევნოს, რომლის ნაწილიც შემდეგ ვარსკვლავზე დაეცემა. ასე ერთი ფიზიკური სცენარი აერთიანებს ატმოსფეროში აღმოჩენილ მეტალებსა და ჰელიუმს სიკაშკაშის ციკლთან. ალტერნატიულად, თვითონ პერიოდული ჩაბნელება შესაძლოა გაზის გაწელილი კუდის გავლით წარმოიქმნებოდეს; პლანეტური სცენარის შიგნითაც სინათლის ცვლილების წყარო ჯერ განსაზღვრული არ არის.

ვარსკვლავის ბრუნვასაც შეუძლია პერიოდული სიგნალის შექმნა, მაგრამ კვლევის თანახმად ასეთი ნელი ბრუნვა თეთრი ჯუჯებისთვის უჩვეულო იქნებოდა. ამიტომ ციკლი ორბიტულ ახსნას მხარს უჭერს, თუმცა მხოლოდ ფოტომეტრიით ვერც პლანეტის არსებობა დგინდება და ვერც მისი წარმოშობა. უფრო ძლიერი დასკვნა სხვადასხვა გაზომვის ერთობლიობიდან მოდის: ქიმიური ანაბეჭდი გამოტყორცნილ მასალაზე მიუთითებს, ხოლო სინათლის ცვლილება შესაძლო ახლო ორბიტას ეწყობა.

რა გაარჩევს წარმოშობის სცენარებს

კვლევის ხელმძღვანელმა ჯეიმი უილიამსმა Space.com-ისთვის გაგზავნილ განცხადებაში თეთრ ჯუჯასთან ასეთი სხეულის პოვნა ასე აღწერა: „finding one around a white dwarf was completely unexpected“. მოულოდნელობის მიზეზი გამოტყორცნილი მასალის შეკავებისა და მისგან ახალი სხეულის შეკრების სირთულეა. მეცნიერებს ჯერ გასარჩევი აქვთ სრულად ახალი გაზის გიგანტისა და ძველი ბირთვის გარშემო გაჩენილი ახალი ატმოსფეროს გზები.

ამისთვის მნიშვნელოვანი იქნება სხვადასხვა დროს მიღებული სპექტრები: თუ ატმოსფეროში ჰელიუმისა და მეტალების რაოდენობა იცვლება, ეს ვარსკვლავზე შემომავალი გაზის ქცევას გამოაჩენს. სინათლის ციკლის შემდგომი დაკვირვება კი დაეხმარება იმის გარკვევას, რამდენად მდგრადია სავარაუდო ორბიტული სიგნალი. ასეთ მონაცემებს შეუძლია აჩვენოს, როგორ აწვდის ახლო სხეული ნივთიერებას თეთრ ჯუჯას და რა წილი ეკუთვნის მის შესაძლო წარმოშობას ვარსკვლავის გვიანდელ გამონატყორცნში.