Όταν τα αστέρια όπως ο Ήλιος μας εξαντλούν τα καύσιμα υδρογόνου τους, μπαίνουν σε αυτό που είναι γνωστό ως φάση Red-Giant-Branch (RGB). Αυτό χαρακτηρίζεται από το αστέρι που επεκτείνεται σε αρκετές φορές το αρχικό του μέγεθος, μετά το οποίο ρίχνουν τα εξωτερικά τους στρώματα και γίνονται συμπαγείς λευκοί νάνοι. Κατά τα επόμενα δισεκατομμύρια χρόνια, πιστεύεται ότι αυτά τα αστέρια θα καταναλώνουν αργά τυχόν αντικείμενα και δακτυλίους σκόνης που είναι αρκετά κοντά ώστε να επηρεάζονται από τη βαρύτητά τους.
Ωστόσο, ένας επιστήμονας πολίτης που ονομάζεται Melina Thévenot πρόσφατα έκανε μια εκπληκτική ανακάλυψη όταν παρατηρούσε ένα σύστημα λευκού νάνου. Βασισμένο σε δεδομένα από την αποστολή Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), αυτό το αστέρι υπήρξε λευκός νάνος για δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά εξακολουθεί να έχει πολλούς δακτυλίους σκόνης γύρω από αυτό. Γνωστή ως LSPM J0207 + 3331 (ή J0207), αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να αναγκάσει τους ερευνητές να επανεξετάσουν μοντέλα πλανητικών συστημάτων.
Η ανακάλυψη έγινε μέσω του Backyard Worlds: Planet 9, ενός έργου με επικεφαλής τον Marc Kuchner (αστροφυσικός στο Goddard Space Flight Center της NASA) που βασίζεται σε εθελοντές για να ταξινομήσουν τα δεδομένα WISE για νέες ανακαλύψεις. Βρίσκεται περίπου 145 έτη φωτός στον αστερισμό του Αιγόκερω, οι αστρονόμοι υποπτεύονται ότι το J0207 μπορεί να είναι το πρώτο γνωστό παράδειγμα ενός λευκού νάνου με πολλαπλούς δακτυλίους σκόνης και το παλαιότερο.
Η ανακάλυψη ήταν επίσης το αντικείμενο μιας πρόσφατης μελέτης που δημοσιεύθηκε στο Η Αστροφυσική Εφημερίδα («Ένας 3 Gyr White Dwarf with Warm Dust Discovered via the Backyard Worlds: Planet 9 Citizen Science Project»). Όπως αποκάλυψε ο John Debes, αστρονόμος στο Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη και επικεφαλής συγγραφέας στο έγγραφο, σε ένα πρόσφατο δελτίο τύπου της NASA:
«Αυτός ο λευκός νάνος είναι τόσο παλιός που οποιαδήποτε διαδικασία τροφοδοτεί υλικό στους δακτυλίους του πρέπει να λειτουργεί με χρονικά διαστήματα δισεκατομμυρίων ετών. Τα περισσότερα από τα μοντέλα που έχουν δημιουργήσει οι επιστήμονες για να εξηγήσουν δακτυλίους γύρω από λευκούς νάνους λειτουργούν καλά μέχρι περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια, οπότε αυτό το αστέρι αμφισβητεί πραγματικά τις υποθέσεις μας για το πώς εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα. "
Το αστέρι εντοπίστηκε από την αποστολή της NASA για την υπέρυθρη έρευνα υπέρυθρης έρευνας (WISE), η οποία πήρε ένα ισχυρό σήμα υπερύθρων, υποδηλώνοντας την παρουσία σκόνης. Με βάση τον ρυθμό ψύξης των λευκών νάνων με την πάροδο του χρόνου, η ομάδα του Debes υπολόγισε τις θερμοκρασίες της επιφάνειας - πάνω από 5.800° Γ (10.500° F) - ότι το J0207 βρίσκεται στη φάση του λευκού νάνου για περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια.
Αυτά τα νέα ευρήματα έρχονται σε αντίθεση με αυτό που οι αστρονόμοι υποπτεύονται εδώ και αρκετό καιρό για την εξέλιξη των συστημάτων αστεριών. Στο παρελθόν, οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει πώς οι πλανήτες και οι αστεροειδείς που επιβιώνουν της φάσης RGB ενός αστεριού θα μετακινηθούν πιο μακριά μετά την είσοδο στη φάση του λευκού νάνου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το αστέρι έχει χάσει μεγάλο μέρος της μάζας του και συνεπώς η βαρυτική του επίδραση στα γύρω αντικείμενα.
Οι αστρονόμοι αναμένουν ότι αυτό θα συμβεί στο ηλιακό μας σύστημα σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αφού επεκταθεί για να συμπεριλάβει την Αφροδίτη, τον Ερμή και τη Γη, ο Ήλιος μας θα χάσει τα εξωτερικά του στρώματα και θα γίνει λευκός νάνος. Σε αυτό το σημείο, οι υπόλοιποι πλανήτες και τα αντικείμενα (που πιθανότατα θα περιλαμβάνουν τον Κύριο Ζώνη Αστεροειδούς, τους γίγαντες αερίου και τη Ζώνη Κουίπερ) θα μετακινηθούν προς τα έξω.
Ωστόσο, στο 1 έως 4% των περιπτώσεων, οι λευκοί νάνοι έχουν δείξει εκπομπές υπερύθρων που υποδηλώνουν ότι περιβάλλονται από δίσκους σκόνης ή δακτυλίους. Οι επιστήμονες θεωρούν ότι αυτό μπορεί να οφείλεται σε αστεροειδείς και κομήτες που κλωτσούνται από τις ζώνες τους μέσω βαρυτικής αλληλεπίδρασης με εκτοπισμένους πλανήτες και αποστέλλονται προς το αστέρι. Καθώς αυτά τα σώματα πλησιάζουν τον λευκό νάνο, διαλύονται από παλιρροιακές διαταραχές που προκαλούνται από την ισχυρή βαρύτητα του αστεριού.
Τα συντρίμμια που προκύπτουν θα σχηματίσουν στη συνέχεια έναν σκονισμένο δακτύλιο που πέφτει αργά προς τα μέσα και συσσωρεύεται στην επιφάνεια του αστεριού. Ωστόσο, σε όλες τις προηγούμενες περιπτώσεις, δίσκοι σκόνης και δακτύλιοι έχουν παρατηρηθεί μόνο γύρω από λευκούς νάνους ηλικίας περίπου ενός δισεκατομμυρίου ετών. Αυτό φαινόταν σύμφωνο με την ιδέα ότι οι ηλικιωμένοι λευκοί νάνοι είχαν εξαντλήσει αποτελεσματικά την παροχή αστεροειδών και των προκύπτοντων δακτυλίων σκόνης.
Αυτή η τελευταία ανακάλυψη κάνει αποτελεσματικά το J0207 τον παλαιότερο και πιο κρύο λευκό νάνο με σκόνη που έχει παρατηρηθεί ποτέ. Όταν παρατήρησε για πρώτη φορά τα υπέρυθρα σήματα του J0207, η Melina Thévenot πίστευε ότι ήταν κακά δεδομένα. Εκείνη την εποχή, έψαχνε μέσω του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος Γαία αρχεία αποστολής για καφέ νάνους, τα οποία μόλις ανιχνεύονται πέρα από τις υπέρυθρες εκπομπές τους.
Αφού συμβουλεύτηκε τα δεδομένα υπέρυθρων WISE, συνειδητοποίησε ότι ήταν πολύ φωτεινό και μακρινό για να είναι καφέ νάνος. Η Thévenot μετέδωσε αυτά τα ευρήματα στην ομάδα του Backyard Worlds: Planet 9, η οποία στη συνέχεια έλαβε παρατηρήσεις παρακολούθησης από το Παρατηρητήριο W. M. Keck στη Χαβάη. Όπως εξήγησε ο Thévenot:
«Αυτή είναι μια πραγματικά παρακινητική πτυχή της αναζήτησης. Οι ερευνητές θα μετακινήσουν τα τηλεσκόπια τους για να δουν τους κόσμους που έχετε ανακαλύψει. Αυτό που μου αρέσει ιδιαίτερα είναι η αλληλεπίδραση με την φοβερή ερευνητική ομάδα. Ο καθένας είναι πολύ ευγενικός και προσπαθούν πάντα να κάνουν το καλύτερο από τις ανακαλύψεις μας. "
Επιπλέον, ο Debes και οι συνάδελφοί του υποψιάζονται ότι το J0207 μπορεί να έχει ακόμη και ένα σύστημα δακτυλίων. Υποστηρίζουν στη μελέτη τους ότι αυτό θα αποτελείται από δύο ξεχωριστά συστατικά: έναν λεπτό εξωτερικό δακτύλιο όπου η βαρύτητα του λευκού νάνου διαλύει τους αστεροειδείς και έναν ευρύτερο δακτύλιο πιο κοντά στο αστέρι. Αυτές οι νέες παρατηρήσεις είναι πιθανό να αναγκάσουν τους αστρονόμους να επανεξετάσουν τα μοντέλα τους για το πώς εξελίσσονται τα πλανητικά συστήματα.
«Κατασκευάσαμε το Backyard Worlds: Planet 9 κυρίως για αναζήτηση καφετιών νάνων και νέων πλανητών στο Ηλιακό Σύστημα», δήλωσε ο Kuchner. «Αλλά η συνεργασία με τους επιστήμονες των πολιτών οδηγεί πάντα σε εκπλήξεις. Είναι αδηφάγα - το έργο μόλις γιόρτασε τα δεύτερα γενέθλιά του και έχουν ήδη ανακαλύψει περισσότερους από 1.000 πιθανούς καφέ νάνους. Τώρα που επανεκκινήσαμε τον ιστότοπο με διπλάσιο όγκο δεδομένων WISE, ανυπομονούμε για ακόμη πιο συναρπαστικές ανακαλύψεις. "
Εκτός από την αναγκαστική επανεξέταση του τρόπου με τον οποίο εξελίσσεται το πλανητικό σύστημα με την πάροδο του χρόνου, αυτή η έρευνα θα μπορούσε να παρέχει στοιχεία για το μέλλον του ηλιακού μας συστήματος. Μόλις ο Ήλιος μας γίνει λευκός νάνος, είναι πιθανό να περάσει τα επόμενα λίγα δισεκατομμύρια χρόνια καταναλώνοντας αστεροειδείς και KBO που εκδιώκονται από τις ζώνες τους από τους επιζώντες γίγαντες αερίου. Σύμφωνα με αυτήν την τελευταία μελέτη, θα μπορούσε επίσης να έχει δακτύλιο σκόνης περίπου αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα.
Και ενώ αυτή η ανακάλυψη ήταν όφελος για τους αστρονόμους, δείχνει επίσης τι είναι δυνατό χάρη στις συνεργασίες μεταξύ επιστημονικών οργανισμών και επιστημόνων πολιτών. Στην εποχή της έρευνας εξωπλανήτη και της προηγμένης αστρονομίας, ο τεράστιος όγκος δεδομένων καθιστά τέτοιες συνεργασίες όχι μόνο απαραίτητες, αλλά εξαιρετικά επικερδείς.
