In 1999 had Hubble ongeveer honderd spectraallijnen vastgelegd in de witte dwerg HS 0209+0832 die astronomen niet konden identificeren. Zevenentwintig jaar later heeft een deel van dat oude mysterie een naam gevonden: niobium. En samen met het niobium verscheen er iets dat beslist groter was: een mogelijke planeet geboren na de dood van de ster die nu zijn atmosfeer wegneemt.
Het is de kandidaat die wordt beschreven in de studie die is gepubliceerd op Natuur Astronomie door een internationale groep onder leiding van Jamie T. Williams, van de Universiteit van Warwick. De auteurs spreken over een mogelijke planeet van de tweede generatie rond de witte dwerg HS 0209+0832: een gasreus die zich zou kunnen hebben gevormd uit materiaal dat tijdens de laatste fase van zijn leven uit de ster is verdreven. Het zou het eerste geval zijn dat rond een witte dwerg wordt geïdentificeerd, ook al blijft het belangrijke woord voorlopig ‘kandidaat’.
Het niobium dat een 27 jaar oude zaak heropende
HS 0209+0832 is een jonge, hete witte dwerg, met een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 35.800 Kelvin en een geschatte afkoeltijd van ongeveer vijf miljoen jaar. Witte dwergen zijn de overblijfselen van sterren met een relatief lage massa na het verdrijven van de buitenste lagen: kleine, zeer dichte en nog steeds zeer hete objecten.
Door oude ultraviolette waarnemingen van Hubble opnieuw te analyseren, samen met gegevens van de FUSE-telescoop en de Very Large Telescope, vonden onderzoekers een zeer vreemde chemische combinatie in de atmosfeer. Zink, koper en vooral niobium zijn zeer verrijkt, terwijl ijzer en silicium, zeer normale ingrediënten van de rotsachtige lichamen van het zonnestelsel, zeer schaars of afwezig zijn. Niobium overtreft de zonne-abundantie met meer dan drie ordes van grootte.
Deze handtekening leidt naar de laatste fase van het leven van de stamvaderster. Elementen zoals niobium worden geproduceerd via het zogenaamde S-proces, de langzame invanging van neutronen die vooral plaatsvindt in geëvolueerde sterren van de asymptotische reuzentak. Wanneer deze sterren hun buitenste lagen verliezen, verspreiden ze zich in ruimtemateriaal dat chemisch verschilt van het materiaal dat aanwezig is in de schijf waarin hun eerste planeten werden geboren.
Juist die samenstelling maakt HS 0209+0832 interessant. De materie die op de witte dwerg valt, lijkt in weinig op het normale planetaire puin dat tot nu toe rond dode sterren is waargenomen, en veel meer op materiaal dat door de ster zelf wordt verwerkt en uitgestoten. NASA beschreef de ontdekking als de oplossing van een oude ‘onopgeloste zaak’ van Hubble, die werd heropend dankzij veel completere atomaire databases dan die beschikbaar waren in 1999.
Elke 4,4 dagen een complete rondleiding
Chemie alleen vertelt maar de helft van het verhaal. Een regelmatige variatie in helderheid elke 4.399 dagen, met een amplitude van 0,120%, komt ook voor in de gegevens van de TESS-ruimtetelescoop. De modellen zijn compatibel met een gasreus die heel dicht bij de witte dwerg staat, ongeveer 0,04 astronomische eenheden: ongeveer zes miljoen kilometer.
Op die afstand is de straling van de witte dwerg woest. De buitenste atmosfeer van de planeet zou zich dan in de ruimte moeten verspreiden; een deel van het gas zou dan op het oppervlak van de ster terechtkomen, waardoor precies de sporen van koolstof, zink, koper en niobium achterblijven die in het spectrum worden waargenomen.
De planeet werd echter niet rechtstreeks gefotografeerd. Het TESS-signaal laat ook meer dan één verklaring toe: het zou kunnen voortkomen uit het temperatuurverschil tussen de kant die altijd naar de ster is gericht en de nachtkant, of uit een lange staart van verdampt gas die periodiek onze gezichtslijn kruist. De gegevens zijn compatibel met die van een gasreus, maar er zijn andere observaties nodig om de kenmerken en aard ervan beter te definiëren.
Is hij werkelijk geboren uit de as van zijn ster?
De meest interessante reactie uit de studie brengt ook de grootste voorzichtigheid met zich mee. De gegevens geven aan dat het materiaal dat door de witte dwerg wordt ingenomen compatibel is met dat van een planeet van de tweede generatie. Het reconstrueren van hoe die planeet ontstond is ingewikkelder.
Eén mogelijkheid is dat een deel van het door de oude reus uitgestoten gas een nieuwe schijf rond de witte dwerg heeft gevormd, misschien dankzij interactie met een tweede ster of een metgezel met een lage massa. Uit die schijf zou de nieuwe gasreus gevormd kunnen zijn.
De auteurs overwegen ook een meer hybride route: de kern van een vorige planeet, een superaarde of een sub-Neptunus die de transformatie van de ster heeft overleefd, had die nieuwe schijf kunnen oversteken en een atmosfeer kunnen verzamelen die bestaat uit materiaal van de tweede generatie. De “Phoenix-planeet” had daarom volledig uit de as herboren kunnen worden of een stukje van zijn vorige leven kunnen behouden. Voorlopig kunnen we dankzij de scheikunde de as heel goed zien; Bij de geboorte was er begrijpelijkerwijs geen camera op gericht.
En wanneer is de zon aan de beurt?
Het verband met het zonnestelsel komt van dezelfde onderzoekers van de Universiteit van Warwick. Over ongeveer vijf miljard jaar zal de zon in zijn kern geen waterstof meer hebben, een rode reus worden, de meeste van zijn buitenste lagen verliezen en zijn evolutie als witte dwerg beëindigen.
De ontdekking van HS 0209+0832 voegt een hypothese toe waaraan tot nu toe maar heel weinig voorbeelden bestonden: na de dood van een ster zou het uitgestoten materiaal kunnen deelnemen aan de constructie van nieuwe planeten. Boris Gänsicke, co-auteur van de studie, gaat zelfs zo ver dat hij zich afvraagt of zelfs wat er nog van de zon overblijft op een dag zou kunnen bijdragen aan de geboorte van werelden van de tweede generatie.
Het is een mogelijkheid, geen voorspelling over het lot van het zonnestelsel. Eén enkele verre kandidaat is niet genoeg om te weten of hier over miljarden jaren iets soortgelijks zal gebeuren.
Astronomen gaan nu op zoek naar andere witte dwergen met dezelfde combinatie van koolstof en elementen geproduceerd door het s-proces. Als er meer verschijnen, zal de planeet van Phoenix niet langer een geïsoleerde kosmische gril lijken. HS 0209+0832 blijft ondertussen langzaam de wereld consumeren die mogelijk is geboren uit de overblijfselen van zijn oude sterrenleven.
