Resti di pianeti con croste simili alla Terra sono stati scoperti nelle atmosfere di quattro nane bianche vicine dagli astronomi dell'Università di Warwick, offrendo uno scorcio dei pianeti che potrebbero averli orbitati un tempo fino a miliardi di anni fa.

Queste croste provengono dagli strati esterni di pianeti rocciosi simili alla Terra e a Marte e potrebbero fornire agli astronomi maggiori informazioni sulla chimica dei pianeti che queste stelle morenti un tempo ospitavano.

La scoperta è riportata oggi sul giornale Astronomia della natura e include uno dei più antichi sistemi planetari visti finora dagli astronomi.

Il team guidato dall'Università di Warwick stava analizzando i dati del telescopio Gaia dell'Agenzia spaziale europea di oltre 1, 000 stelle nane bianche vicine quando si sono imbattuti in un segnale insolito da una particolare nana bianca. I ricercatori dell'Università di Warwick hanno ricevuto finanziamenti dal Consiglio europeo della ricerca e dal Consiglio delle strutture scientifiche e tecnologiche (STFC).

Hanno usato la spettroscopia per analizzare la luce della stella a diverse lunghezze d'onda, che consente loro di rilevare quando gli elementi nell'atmosfera della stella assorbono luce di diversi colori e determinare quali elementi sono e quanto è presente. Hanno anche ispezionato il 30, 000 spettri di nane bianche dallo Sloan Digital Sky Survey pubblicati negli ultimi 20 anni.

Il segnale corrispondeva alla lunghezza d'onda del litio e gli astronomi scoprirono presto altre tre nane bianche con lo stesso segnale, uno dei quali è stato osservato anche con potassio nella sua atmosfera. Confrontando la quantità di litio e potassio con gli altri elementi rilevati, sodio e calcio, hanno scoperto che il rapporto tra gli elementi corrispondeva alla composizione chimica della crosta di pianeti rocciosi come la Terra e Marte, se quelle croste fossero state vaporizzate e mescolate all'interno degli strati gassosi esterni della stella per 2 milioni di anni.

L'autore principale, il dott. Mark Hollands del Dipartimento di Fisica dell'Università di Warwick, ha dichiarato:"In passato, abbiamo visto ogni sorta di cose come il materiale del mantello e del nucleo, ma non abbiamo avuto un rilevamento definitivo della crosta planetaria. Litio e potassio sono buoni indicatori del materiale della crosta, non sono presenti in alte concentrazioni nel mantello o nel nucleo.

"Ora sappiamo quale firma chimica cercare per rilevare questi elementi, abbiamo l'opportunità di guardare un numero enorme di nane bianche e trovarne altre. Quindi possiamo guardare la distribuzione di quella firma e vedere quanto spesso rileviamo queste croste planetarie e come si confronta con le nostre previsioni".

Gli strati esterni delle nane bianche contengono fino a 300, 000 gigatonnellate di detriti rocciosi, che include fino a 60 gigatonnellate di litio e 3, 000 gigatonnellate di potassio, equivalente a una sfera di 60 km di densità simile alla crosta terrestre. La quantità di materiale della crosta rilevata è simile in massa a quella degli asteroidi che vediamo nel nostro sistema solare, portando gli astronomi a credere che ciò che vedono intorno a tutte e quattro le stelle sia materiale staccato da un pianeta, piuttosto che un intero pianeta stesso.

Precedenti osservazioni di nane bianche hanno trovato prove di materiale dal nucleo interno e dal mantello dei pianeti, ma nessuna prova definitiva del materiale della crosta. La crosta è una piccola frazione della massa di un pianeta e gli elementi rilevati in questo studio sono rilevabili solo quando la stella è molto fredda. Le nane bianche sono nella fase morente del loro ciclo di vita, poiché hanno bruciato il loro carburante e si sono raffreddati per miliardi di anni. Si pensa che queste quattro nane bianche abbiano bruciato il loro carburante fino a 10 miliardi di anni fa e potrebbero essere tra le più antiche nane bianche formatesi nella nostra galassia.

Il coautore Dr. Pier-Emmanuel Tremblay dell'Università di Warwick ha dichiarato:"In un caso, stiamo osservando la formazione di pianeti attorno a una stella che si è formata nell'alone galattico, 11-12,5 miliardi di anni fa, quindi deve essere uno dei più antichi sistemi planetari conosciuti finora. Un altro di questi sistemi si è formato attorno a una stella di breve durata che inizialmente era più di quattro volte la massa del Sole, una scoperta da record che offre importanti vincoli sulla velocità con cui i pianeti possono formarsi attorno alle stelle che li ospitano".

Tra le più antiche di queste nane bianche, uno è il 70% più massiccio della media e quindi la sua enorme massa farebbe normalmente scomparire qualsiasi materiale nella sua atmosfera in tempi relativamente brevi, portando gli astronomi alla conclusione che si trattasse di reintegrare il materiale della crosta da un disco di detriti circostante. Per di più, gli astronomi hanno rilevato più luce infrarossa del previsto per la sola nana bianca, che indica che un disco viene riscaldato dalla sua stella e quindi ri-irradiato a lunghezze d'onda maggiori.

Il Dr. Hollands aggiunge:"A quanto ci risulta, la formazione dei pianeti rocciosi avviene in modo simile in diversi sistemi planetari. Inizialmente, sono formati da una composizione materiale simile alla stella, ma nel tempo quei materiali si separano e si finisce con diverse composizioni chimiche in diverse parti dei pianeti. Possiamo vedere che ad un certo punto questi oggetti hanno subito una differenziazione, dove la composizione è diversa dalla composizione iniziale della stella.

"Ora è ben compreso che la maggior parte delle stelle normali come il Sole ospitano pianeti, ma ora c'è l'opportunità di guardare anche alla frequenza di diversi tipi di materiale".