Ett fragment av en planet som har överlevt döden av sin stjärna har upptäckts av University of Warwicks astronomer i en skiva av skräp som bildats från förstörda planeter, som stjärnan slutligen konsumerar.

Den järn- och nickelrika planetesimalen överlevde en systemomfattande katastrof som följde på dess värdstjärnas död, SDSS J122859.93+104032.9. Tros en gång ha varit en del av en större planet, dess överlevnad är desto mer häpnadsväckande eftersom den kretsar närmare sin stjärna än vad man tidigare trott var möjligt, går runt det en gång varannan timme.

Upptäckten, redovisas i tidskriften Vetenskap , är första gången som forskare har använt spektroskopi för att upptäcka en fast kropp i omloppsbana runt en vit dvärg, använda subtila variationer i det emitterade ljuset för att identifiera ytterligare gas som planetesimalen genererar.

Med hjälp av Gran Telescopio Canarias i La Palma, forskarna studerade en skräpskiva som kretsar kring en vit dvärg 410 ljusår bort, bildas av störningar av steniga kroppar som består av element som järn, magnesium, kisel, och syre – de fyra viktigaste byggstenarna i jorden och de mest steniga kropparna. Inuti skivan upptäckte de en ring av gas som strömmade från en fast kropp, som en komets svans. Denna gas kan antingen genereras av kroppen själv eller genom att avdunsta damm när den kolliderar med små skräp i skivan.

Astronomerna uppskattar att denna kropp måste vara minst en kilometer stor, men kan vara så stor som några hundra kilometer i diameter, jämförbar med de största asteroider som är kända i vårt solsystem.

Vita dvärgar är resterna av stjärnor som vår sol som har bränt allt sitt bränsle och tappat sina yttre lager, lämnar efter sig en tät kärna som långsamt svalnar med tiden. Denna speciella stjärna har krympt så dramatiskt att planetesimalen kretsar inom solens ursprungliga radie. Bevis tyder på att den en gång var en del av en större kropp längre ut i sitt solsystem och sannolikt har varit en planet som slets sönder när stjärnan började sin avkylningsprocess.

Huvudförfattare Dr Christopher Manser, forskare vid institutionen för fysik, sa:"Stjärnan skulle ursprungligen ha varit ungefär två solmassor, men nu är den vita dvärgen bara 70 % av vår sols massa. Den är också mycket liten — ungefär lika stor som jorden — och detta gör att stjärnan, och i allmänhet alla vita dvärgar, extremt tät.

"Den vita dvärgens gravitation är så stark - ungefär 100, 000 gånger jordens - att en typisk asteroid kommer att slitas isär av gravitationskrafter om den passerar för nära den vita dvärgen."

Professor Boris Gaensicke, medförfattare från institutionen för fysik, tillägger:"Planetesimalen vi har upptäckt ligger djupt in i gravitationsbrunnen hos den vita dvärgen, mycket närmare det än vi skulle förvänta oss att hitta något som fortfarande lever. Det är bara möjligt för att det måste vara väldigt tätt och/eller mycket sannolikt har en inre styrka som håller ihop det, så vi föreslår att den till stor del består av järn och nickel.

"Om det var rent järn kunde det överleva där det bor nu, men det kan också vara en kropp som är rik på järn men med inre styrka för att hålla ihop den, vilket överensstämmer med att planetesimalen är ett ganska massivt fragment av en planetkärna. Om det är korrekt, den ursprungliga kroppen var minst hundratals kilometer i diameter eftersom det är först vid den punkten som planeter börjar skilja sig – som olja på vatten – och har tyngre element att sjunka för att bilda en metallisk kärna."

Upptäckten ger en ledtråd om vilka planeter som kan finnas i andra solsystem, och en inblick i vår egen framtid.

Dr Christopher Manser sa:"När stjärnorna åldras växer de till röda jättar, som "rensar ut" mycket av den inre delen av deras planetsystem. I vårt solsystem, solen kommer att expandera upp till där jorden för närvarande kretsar, och kommer att utplåna jorden, kvicksilver, och Venus. Mars och bortom kommer att överleva och kommer att flytta längre ut.

"Den allmänna konsensus är att 5-6 miljarder år från nu, vårt solsystem kommer att vara en vit dvärg i stället för solen, kretsar kring Mars, Jupiter, Saturnus, de yttre planeterna, samt asteroider och kometer. Gravitationsinteraktioner kommer sannolikt att inträffa i sådana rester av planetsystem, vilket betyder att de större planeterna lätt kan knuffa de mindre kropparna till en bana som tar dem nära den vita dvärgen, där de krossas av dess enorma gravitation.

"Lär dig om massorna av asteroider, eller planetfragment som kan nå en vit dvärg kan berätta något om planeterna som vi vet måste vara längre ut i detta system, men vi har för närvarande inget sätt att upptäcka.

"Vår upptäckt är bara den andra solida planetesimalen som finns i en snäv bana runt en vit dvärg, med den föregående hittades eftersom skräp som passerade framför stjärnan blockerade en del av dess ljus – det är "transitmetoden" som ofta används för att upptäcka exoplaneter runt solliknande stjärnor. För att hitta sådana transiter, geometrin under vilken vi ser dem måste vara mycket finjusterade, vilket innebär att varje system som observerats i flera timmar oftast leder till ingenting. Den spektroskopiska metoden vi utvecklat i denna forskning kan upptäcka närliggande planetesimaler utan behov av en specifik justering. Vi känner redan till flera andra system med skräpskivor mycket lika SDSS J122859.93+104032.9, som vi ska studera härnäst. Vi är övertygade om att vi kommer att upptäcka ytterligare planetesimaler som kretsar kring vita dvärgar, vilket sedan gör det möjligt för oss att lära oss mer om deras allmänna egenskaper."