A kettőscsillagok 8 százaléka felfalt már bolygókat az élete során, derül ki egy friss kutatásból, amely átírhatja az ilyen csillagok körüli bolygórendszerek történetéről és stabilitásáról alkotott képünket.

„Eredményeink arra utalnak, hogy ezek a bolygórendszerek kevésbé stabilak, mint eddig gondoltuk, és az általunk becsült bekebelezési események száma nagyjából kétszerese annak, amit korábbi kutatások kihoztak” – nyilatkozta a Qubitnek Meridith Joyce, a HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet kutatója és a tanulmány társszerzője.

Joyce, aki a csillagfejlődés vizsgálatával és csillagok modellezésével foglalkozik, azt állítja, hogy vizsgálatuk szó szerint egy ikerkutatás: „Két olyan csillag közötti különbségek csillagászati vagy fizikai okairól vonunk le következtetéseket, amelyeknek azonosnak kellene lenniük, ha figyelembe vesszük a csillagpárok kiválasztásának kritériumait.”

Liu Fan, az ausztráliai Monashi Egyetem kutatója és kollégái (köztük Joyce) 91 kettőscsillag-párt figyeltek meg földi távcsövek segítségével. Ezek közül hét esetben találtak arra utaló jeleket, hogy a két, közös eredetű és egymáshoz közel keringő, Naphoz hasonló csillag összetétele eltér egymástól. A szerdán a Nature folyóiratban megjelent tanulmány szerint a különbséget a kettős egyik tagja által szétszakított és bekebelezett bolygók okozhatják.

„A csillagászok korábban azt hitték, hogy ezek az események nem történhetnek meg. De megfigyeléseinkből látszik, hogy bár nem túl gyakoriak, tényleg előfordulhatnak. Ez egy új vizsgálati ablakot nyit a bolygóevolúció tanulmányozásával foglalkozó kutatóknak” – mondta a sajtóközlemény szerint Yuan-Sen Ting, az ismert bolygófaló csillagok számát megduplázó kutatás társszerzője.

A csillagok által elnyelt égitestek a kutatók szerint sokszor szuperföldek, amelyeket az amerikai űrügynökség (NASA) a Földnél 2–10-szer nagyobb égitestekként definiál. Bár a Naprendszerünkben nincs ilyen bolygó, a Kepler űrtávcső adatai szerint azok a Napunkra emlékeztető csillagok legalább 30 százaléka körül megtalálhatók.

Honnan tudjuk, hogy tényleg bolygókat kebeleztek be?

A szakemberek a kutatáshoz a 2013-ban indított Gaia űrtávcső adataiból indultak ki, amely eddig közel 1,4 milliárd csillag térbeli helyzetét és mozgását mérte meg a Tejútrendszerben. Ezek közül 125 olyan csillagpárt választottak ki, ahol a két csillagban közös, hogy együtt mozognak a galaxisban. Ebből 91 párnál a csillagok ténylegesen közel vannak egymáshoz, és feltételezhetően ugyanabból a molekulafelhőből születtek, vagyis összetételüknek meg kell egyezniük.

Az ilyen kutatásokban nagy mintának számító 91 kettőscsillag-párt két, Chilében található teleszkóprendszerrel, az Európai Déli Obszervatórium (ESO) Nagyon Nagy Távcsövével (VLT), valamint a Magellán Távcsövekkel, valamint a hawaii Mauna Kea vulkán tetejéről mérő Keck Obszervatóriummal figyelték meg. A 6-10 méteres átmérőjű tükrökkel szerelt távcsövekkel begyűjtött, nagy precizitású spektroszkópiai mérésekkel a kutatók 21 kémiai elem, köztük a szén, az oxigén, a szilícium és a vas előfordulását vizsgálták a csillagokban.

„A nagy pontosságú elemzésünknek hála egyes esetekben tetten érhetővé válnak a két csillag kémiai összetételének különbségei” – mondta Liu a sajtóközleményben. Ez a csillagász szerint nagyon erős bizonyítékot ad arra, hogy a kettős egyik tagja bolygókat vagy bolygótörmeléket kebelezett be, ami megváltoztatta összetételét. Ezt még érdekesebbé teszi, hogy a vizsgált csillagok nem felfúvódott vörös óriások: „Ez most nem olyan, mint a korábbi vizsgálatoknál, ahol életciklusuk végén hatalmasra növő csillagok kebeleznek be közeli bolygókat” – tette hozzá Liu.

Miután kizárták annak a lehetőségét, hogy az elemek előfordulásában mért különbségek a két csillag születési környezetének eltéréseiből adódnak, három további lehetséges hipotézist vizsgáltak, magyarázta Joyce. Az első szerint az elemek előfordulásának statisztikai változékonysága jelenthet magyarázatot a különbségekre – ehhez azonban több esetben egyszerűen túl nagyok voltak. Egy másik elmélet szerint egy atomos diffúziónak nevezett folyamat jobban befolyásolta az egyik csillag összetételét, mint a másikét, de amikor ilyen modelleket néztek, ezek sem voltak képesek megfelelően leírni az eltéréseket. „Az utolsó megmaradt hipotézis az, hogy az egyik csillag felszínére fémben gazdag anyag került – vagyis bekebelezett egy bolygót” – írta Joyce.

„Teljesen nem tudtunk kizárni más forgatókönyveket. De ha az eltérő kémiai összetételre utaló megfigyelések a protoplanetáris korongból [a fiatal csillagokat körülvevő por és gázkorong] történő anyagelnyelésre lennének visszavezethetők, akkor annak sokkal korábban kellene történnie, amikor a csillag még egy 10 millió éves, konvektív labda” – írta kérdésünkre Liu, aki szerint ebben az esetben a kémiai jelek jobban elkeverednének a csillagban, és nehezebb lenne őket észlelni. „A hét új esetben, amit találtunk, a bizonyítékok [ennél] jelentősen szilárdabbak” – tette hozzá.

„Tudjuk, hogy a csillagmodelljeink – különösen az 1D csillagfejlődési modellek, amivel én foglalkozom – hiányosak. Emiatt természetes arról spekulálni, hogy létezhet-e egy olyan kémiai elkeveredési folyamat, amit még nem értünk eléggé, és meg tudná magyarázni az általunk a bolygók bekebelezésnek számlájára írt, az elemek előfordulásában mért nagy különbségeket” – írta kérdésünkre Joyce. A csillagász szerint az atomos diffúzió pont egy ilyen folyamat lenne, de nem tudja magyarázni a különbségeket. „Várom, hogy az 1D és 3D csillagmodellek, valamint a csillag-bolygórendszer modellezése tovább fejlődjenek, függetlenül attól, hogy ezek végül megerősítik-e, hogy sokkal több bolygófaló csillag van, mint azt korábban gondoltuk” – írta.

Ha életet keresünk, nem csak azt kell tudni, hogy hány csillag és bolygó van a galaxisban

Kérdésünkre, hogy mennyire gyorsan és drámaian zajlanak le ezek az események, Liu úgy reagált, hogy „nem tudjuk pontosan, de a forgatókönyv az lehet, hogy amikor egy halálra ítélt bolygót magához vonz a csillag, azt szétszakítják az árapályerők és végül az anyaga a csillag felszínére hullik”.

De miért kebeleznek be bolygókat csillagok? A tanulmányban a kutatók erről azt írják, hogy az eseményeket okozhatják a bolygórendszert kívülről megzavaró hatások, például egy Uránuszhoz vagy Neptunuszhoz hasonló jégóriás vagy egy csillag közeli elhaladása. Emellett az sem kizárt, hogy a csillaghoz közel eső bolygók légkörvesztése okoz olyan instabilitásokat, ami miatt megváltozik pályájuk, és végül eggyé válnak csillagukkal.

Joyce szerint a bekebelezés időskálája nehezen meghatározható, és erősen függ a csillagban zajló fizikai folyamatoktól, valamint attól, hogy mennyi bolygótörmelék került a csillagra. „Ebben a kutatásban azt a becslést adtuk, hogy csillagtól és a felfalt anyag összetételétől függően 0,5-8 vagy még több földnyi anyag került a csillagra” – írta a kutató.

Liu kérdésünkre azt írta, hogy „ha a csillag-bolygó rendszer nem stabil, az minden bizonnyal lecsökkenti majd a belső kőzetbolygók lakhatóságát”. A kutatók szerint lehetséges, hogy minden negyedik-tizedik, Szuperföldeket tartalmazó bolygórendszer elszenved ilyen eseményeket.

Joyce szerint az emberek kíváncsiak az exobolygókra és azok lakhatóságára, mert az megragadja a képzeletüket arról, hogy egyszer ezeken a bolygókon tudnánk élni, és választ adhat arra, hogy mekkora eséllyel futhatunk össze más intelligens életformákkal. „Ezeknek a kérdéseknek a megválaszolásához a lehető legtöbb információt be kell gyűjtenünk a csillagok és bolygók közötti kölcsönhatásokról” – írta Joyce.

A csillagász szerint ha egyetlen csillag sem kebelez be bolygókat, akkor ezzel nem kell foglalkoznunk, amikor az intelligens életformákkal történő találkozás esélyéről gondolkodunk, de ha a legtöbb csillag elpusztítja bolygóit, akkor az viszont jelentősen lecsökkenti ezeket az esélyeket. „Nemcsak csak az a kérdés, hogy hány csillag vagy hány bolygó van, hanem hogy mennyi olyan csillag és bolygó van, amelyek viselkedése kedvezhet az élet kialakulásának” – írta.