Nonostante la loro prevalenza, la composizione chimica di questi resti stellari è stata per anni un enigma per gli astronomi. La presenza di elementi di metalli pesanti, come silicio, magnesio e calcio, sulla superficie di molti di questi oggetti compatti è una scoperta sconcertante che sfida le nostre aspettative sul comportamento stellare.

"Sappiamo che se questi metalli pesanti sono presenti sulla superficie della nana bianca, la nana bianca è abbastanza densa da consentire a questi metalli pesanti di affondare molto rapidamente verso il nucleo", spiega Tatsuya Akiba, studente laureato della JILA. "Quindi non dovresti vedere alcun metallo sulla superficie di una nana bianca a meno che la nana bianca non stia attivamente mangiando qualcosa."

Sebbene le nane bianche possano consumare vari oggetti vicini, come comete o asteroidi (noti come planetesimi), le complessità di questo processo devono ancora essere completamente esplorate. Tuttavia, questo comportamento potrebbe contenere la chiave per svelare il mistero della composizione metallica di una nana bianca, portando potenzialmente a entusiasmanti rivelazioni sulle dinamiche della nana bianca.

Nei risultati riportati in un nuovo articolo su The Astrophysical Journal Letters, Akiba, insieme al JILA Fellow e alla professoressa di scienze astrofisiche e planetarie dell'Università del Colorado Boulder Ann-Marie Madigan e alla studentessa universitaria Selah McIntyre, credono di aver trovato una ragione per cui questi zombi stellari mangiano i loro planetesimi vicini. Utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori hanno simulato che la nana bianca ricevesse un "calcio natale" durante la sua formazione (che è stato osservato) causato dalla perdita di massa asimmetrica, alterando il suo movimento e la dinamica di qualsiasi materiale circostante.

Nell'80% dei loro test, i ricercatori hanno osservato che, a partire dal calcio, le orbite delle comete e degli asteroidi in un intervallo compreso tra 30 e 240 UA dalla nana bianca (corrispondente alla distanza Sole-Nettuno e oltre) si sono allungate e allineate. . Inoltre, circa il 40% dei planetesimi successivamente mangiati provengono da orbite controrotanti (retrograde).

I ricercatori hanno anche esteso le loro simulazioni per esaminare la dinamica della nana bianca dopo 100 milioni di anni. Hanno scoperto che i planetesimi vicini alla nana bianca avevano ancora orbite allungate e si muovevano come un'unità coerente, un risultato mai visto prima.

"Questo è qualcosa che penso sia unico nella nostra teoria:possiamo spiegare perché gli eventi di accrescimento sono così duraturi", afferma Madigan. "Mentre altri meccanismi possono spiegare un evento di accrescimento originale, le nostre simulazioni con il calcio mostrano perché avviene ancora centinaia di milioni di anni dopo."

Questi risultati spiegano perché i metalli pesanti si trovano sulla superficie di una nana bianca, poiché quella nana bianca consuma continuamente oggetti più piccoli sul suo cammino.

È tutta una questione di gravità

Poiché il gruppo di ricerca di Madigan al JILA si concentra sulle dinamiche gravitazionali, osservare la gravità che circonda le nane bianche sembrava un obiettivo di studio naturale.

"Le simulazioni ci aiutano a comprendere la dinamica di diversi oggetti astrofisici", afferma Akiba. "Quindi, in questa simulazione, lanciamo un gruppo di asteroidi e comete attorno alla nana bianca, che è significativamente più grande, e vediamo come si evolve la simulazione e quali di questi asteroidi e comete mangia la nana bianca."

I ricercatori sperano di portare le loro simulazioni su scala più ampia nei progetti futuri, osservando come le nane bianche interagiscono con i pianeti più grandi.

Come spiega Akiba, "Altri studi hanno suggerito che gli asteroidi e le comete, i piccoli corpi, potrebbero non essere l'unica fonte di inquinamento da metalli sulla superficie delle nane bianche. Quindi, le nane bianche potrebbero mangiare qualcosa di più grande, come un pianeta."

Scoprire di più sulla formazione del sistema solare

Queste nuove scoperte rivelano ulteriori informazioni sulla formazione delle nane bianche, che è importante per comprendere come i sistemi solari cambiano nel corso di milioni di anni. Aiutano anche a far luce sulle origini e sulla futura evoluzione del nostro sistema solare, rivelando di più sulla chimica coinvolta.

"La stragrande maggioranza dei pianeti nell'universo finirà per orbitare attorno a una nana bianca", afferma Madigan. "Potrebbe darsi che il 50% di questi sistemi venga mangiato dalla loro stella, compreso il nostro sistema solare. Ora abbiamo un meccanismo per spiegare perché ciò accada."

"I planetesimi possono darci informazioni su altri sistemi solari e composizioni planetarie oltre il luogo in cui viviamo nella nostra regione solare", aggiunge McIntyre. "Le nane bianche non sono solo una lente sul passato. Sono anche una specie di lente sul futuro."

Nota di correzione (5/5/2024):nel testo originale, la frase "Sono comuni nella nostra galassia, poiché il 97% delle stelle sono nane bianche". non è corretto. L'affermazione accurata dovrebbe essere:"Sono comuni nella nostra galassia, poiché il 97% delle stelle prima o poi diventeranno nane bianche."