Witte dwerg zuigt aan gasplaneet

Astronomie Een witte dwergster op 2.000 lichtjaar is omgeven door een schijf van gas, afkomstig van een naburige Neptunus-achtige planeet.

Illustratie van de witte dwergster WD J0914+1914 en zijn Neptunus-achtige exoplaneet
Illustratie van de witte dwergster WD J0914+1914 en zijn Neptunus-achtige exoplaneet Beeld ESO/M. Kornmesser

Op ruwweg 2.000 lichtjaar van de aarde hebben astronomen een witte dwergster opgespoord die gas onttrekt aan de atmosfeer van een waarschijnlijk Neptunus-achtige planeet. Het is voor het eerst dat sporen van zo’n planeet bij een witte dwerg zijn aangetroffen. De astronomen beschrijven deze week hun vondst in Nature.

De witte dwerg, met de aanduiding WD J0914+1914, was ooit een zonachtige ster. Op enig moment raakte hij door zijn voorraad nucleaire brandstof heen, en zwol hij op tot een ‘rode reus’ – een relatief koele ster, honderden keren zo groot als de zon. Tijdens deze fase verloor hij ongeveer de helft van zijn massa en bleef een heet object ter grootte van de aarde achter: de witte dwerg.

Witte dwergsterren zijn doorgaans omgeven door een atmosfeer die volledig uit waterstof of helium bestaat. Toch bevatten de atmosferen van sommige witte dwergen ook zwaardere elementen. Astronomen denken dat die afkomstig zijn van opgeslokte rotsachtige planeten of planetoïden die om de ster hebben gecirkeld.

Een team onder leiding van Boris Gänsicke van de universiteit van Warwick heeft nu ook bij WD J0914+1914 zware elementen gedetecteerd. Dat is gebeurd met een spectrograaf van de Europese Very Large Telescope in Chili. Met dit instrument is het spectrum van de ster – zijn ‘chemische streepjescode’ – vastgelegd. Een analyse van dit spectrum laat zien dat de witte dwerg omgeven is door een schijf van gas. In zowel de atmosfeer als de gasschijf van de ster zijn zuurstof, zwavel en waterstof aangetoond, maar geen calcium of ijzer – twee elementen die bij sommige andere witte dwergen wél zijn aangetroffen. Daarmee lijkt de samenstelling van het materiaal rond WD J0914+1914 meer op dat van een ijzige reuzenplaneet dan op dat van een rotsplaneet.

Zware elementen zakken vrij snel omlaag in de atmosfeer van een witte dwerg en zijn dan niet meer waarneembaar in diens spectrum. Het feit dat in de atmosfeer van WD J0914+1914 toch zwavel en zuurstof te zien zijn, bewijst dat er voortdurend materiaal van buitenaf wordt aangevoerd: vanuit de gasschijf waarschijnlijk. In hun onderzoeksverslag berekenen Gänsicke en collega’s dat dit in een tempo van 3.000 ton per seconde gebeurt. Heel wat, maar niet genoeg om de planeet te slopen.

De leverancier van het gas is overigens niet rechtstreeks detecteerbaar. Toch is er wel iets te zeggen over de planeet. Zijn gasverlies wordt toegeschreven aan de intense ultraviolette straling van zijn ster. Dat betekent dat hij op niet te grote afstand eromheen draait. De astronomen hebben berekend dat de onderlinge afstand zo’ 10 miljoen kilometer bedraagt.

Het is ondenkbaar dat de planeet van oudsher op deze kleine afstand om zijn ster heeft gecirkeld. Zijn huidige omloopbaan ligt ruim binnen de omtrek van de rode reus die WD J0914+1914 ooit is geweest. Volgens de astronomen kan dit erop wijzen dat er nog meer planeten om de ster draaien. Interacties met zijn soortgenoten zouden ertoe hebben geleid dat de Neptunus-achtige planeet vanuit een veel wijdere omloopbaan naar zijn huidige baan is opgeschoven.