白矮星光譜中藏有行星訊息
白矮星是低質量恆星燃燒完核心的氫所殘留下的碳氧核心,然而光譜觀測發現其大氣多是由氫和氦組成。此差異主要因其表面重力較大,產生分層效應(較重的元素沉澱較快)較明顯,比氦重的元素在很短時間(和冷卻時間相比)內就沉澱,使得大氣多是由氫和氦組成。大氣雖然佔白矮星質量不超過1%,但是其透明度會影響其冷卻時間。
白矮星的光譜分類是由D加上根據貢獻譜線主要特徵元素的描述,例如DB分類的白矮星光譜中主要有氦的譜線。約有25%至50%的白矮星大氣有金屬存在,研究發現其來自受其潮汐力扯散的行星碎片,因吸積進入白矮星大氣而形成。分析帶有金屬譜線的白矮星光譜,是測量行星組成的有力工具之一,研究發現其組成多與類地行星相似。科學家也在約75%的DB型白矮星中發現氫譜線,其來源還無法確定,可能來自演化成白矮星的恆星、吸積外部天體或星際介質,或從內部大氣而來。因有金屬譜線的白矮星大氣,含有氫譜線的比例較高,推測有些氫是來自吸積的行星碎片。
本研究使用威廉·赫歇爾(William Herschel)望遠鏡和凱克(Keck)望遠鏡分析GD424白矮星,已知其氦大氣中有金屬及許多氫譜線。研究人員擬合合成光譜、不同濾鏡亮度和來自蓋亞(Gaia)太空望遠鏡的視差以獲得光譜,並藉此推得GD424的物理性質,如溫度約16560 K、質量約0.01倍太陽質量、大小約0.01太陽半徑並估計其冷卻時間約為2.15億年。亦從光譜中辨認出11種金屬物質及其含量,科學家認為吸積事件處於增加或穩定狀態,而被分解的行星碎片組成類似CI球粒隕石(碳質球粒隕石的一種)或地球。白矮星大氣中部分的氫是早期由富含水的行星碎片吸積而來。
【圖:西班牙拉拉古納大學;文:節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在2020年12月23日出版 arXiv 論文預印本網站
GB = Giclas dwarf = Lowell Proper Motion Survey (Giclas dwarf) = 羅威爾吉克拉斯矮星自行星表