Tack vare en mängd teleskop i rymden och på jorden – och till och med ett par amatörastronomer i Arizona – har en astronom vid University of Wisconsin-Madison och hans kollegor upptäckt en planet i Jupiterstorlek som kretsar i rasande hastighet runt en avlägsen vit dvärgstjärna. Systemet, cirka 80 ljusår bort, bryter mot alla vanliga konventioner om stjärnor och planeter. Den vita dvärgen är en rest av en solliknande stjärna, kraftigt krympt till ungefär jordens storlek, ändå behåller den halva solens massa. Den massiva planeten skymtar över sin lilla stjärna, som den cirkulerar var 34:e timme tack vare en otroligt nära omloppsbana. I kontrast, Merkurius tar jämförelsevis slöa 90 dagar att kretsa runt solen. Även om det har funnits antydningar om stora planeter som kretsar nära vita dvärgar tidigare, de nya fynden är det tydligaste beviset hittills på att dessa bisarra parningar existerar. Den bekräftelsen belyser de olika sätt som stjärnsystem kan utvecklas på och kan ge en glimt av vårt eget solsystems öde. Ett sådant vitt dvärgsystem skulle till och med kunna ge ett sällsynt beboeligt arrangemang för liv att uppstå i ljuset av en döende stjärna.

"Vi har aldrig tidigare sett bevis på att en planet kommer in så nära en vit dvärg och överlever. Det är en trevlig överraskning, " säger ledande forskare Andrew Vanderburg, som nyligen började på UW-Madisons astronomiavdelning som biträdande professor. Vanderburg avslutade arbetet medan han var en oberoende NASA Sagan Fellow vid University of Texas i Austin.

Forskarna publicerade sina resultat 16 september i tidskriften Natur . Vanderburg ledde en stor, internationellt samarbete mellan astronomer som analyserade data. De bidragande teleskopen inkluderade NASA:s exoplanetjaktteleskop TESS och två stora markbaserade teleskop på Kanarieöarna.

Vanderburg drogs ursprungligen till att studera vita dvärgar - resterna av solstora stjärnor efter att de tömt sitt kärnbränsle - och deras planeter av misstag. Under forskarskolan, han granskade data från TESS föregångare, rymdteleskopet Kepler, och lade märke till en vit dvärg med ett moln av skräp runt sig.

"Vad vi slutade hitta var att det här var en mindre planet eller asteroid som slets isär medan vi tittade på, vilket var riktigt coolt, " säger Vanderburg. Planeten hade förstörts av stjärnans gravitation efter att dess övergång till en vit dvärg fick planetens bana att falla in mot stjärnan.

Alltsedan, Vanderburg har undrat om planeter, speciellt stora, kunde överleva resan mot en åldrande stjärna.

Genom att skanna data för tusentals vita dvärgsystem som samlats in av TESS, forskarna såg en stjärna vars ljusstyrka halverades ungefär var och en halv dag, ett tecken på att något stort passerade framför stjärnan på en tight, blixtsnabb bana. Men det var svårt att tolka uppgifterna eftersom bländningen från en närliggande stjärna störde TESSs mätningar. För att övervinna detta hinder, astronomerna kompletterade TESS-data från markbaserade teleskop med högre upplösning, inklusive tre som drivs av amatörastronomer.

"När bländningen väl var under kontroll, på en natt, de fick mycket trevligare och mycket renare data än vi fick med en månads observationer från rymden, " säger Vanderburg. Eftersom vita dvärgar är så mycket mindre än vanliga stjärnor, stora planeter som passerar framför dem blockerar mycket av stjärnans ljus, gör detektering med markbaserade teleskop mycket enklare.

Data avslöjade att en planet ungefär lika stor som Jupiter, kanske lite större, kretsade mycket nära sin stjärna. Vanderburgs team tror att gasjätten började mycket längre från stjärnan och flyttade in i sin nuvarande bana efter att stjärnan utvecklats till en vit dvärg.

Frågan blev:hur undvek denna planet att slitas sönder under omvälvningen? Tidigare modeller av interaktioner mellan vita dvärg och planeter verkade inte passa för just detta stjärnsystem.

Forskarna körde nya simuleringar som gav ett potentiellt svar på mysteriet. När stjärnan tog slut på bränsle, det expanderade till en röd jätte, uppslukar alla närliggande planeter och destabiliserar den Jupiterstora planeten som kretsade längre bort. Det fick planeten att ta på sig en överdriven, oval omloppsbana som passerade mycket nära den nu krympta vita dvärgen men som också kastade planeten väldigt långt bort vid omloppsbanans spets.

över eoner, gravitationsinteraktionen mellan den vita dvärgen och dess planet spred långsamt energi, i slutändan guidar planeten in i en tät, cirkulär bana som bara tar en och en halv dag att genomföra. Den processen tar tid – miljarder år. Denna speciella vita dvärg är en av de äldsta som observerats av TESS-teleskopet vid nästan 6 miljarder år gammal, gott om tid att bromsa sin massiva planetpartner.

Medan vita dvärgar inte längre bedriver kärnfusion, de släpper fortfarande ljus och värme när de svalnar. Det är möjligt att en planet tillräckligt nära en sådan döende stjärna skulle befinna sig i den beboeliga zonen, området nära en stjärna där flytande vatten kan finnas, antas krävas för att liv ska uppstå och överleva.

Nu när forskning har bekräftat att dessa system finns, de erbjuder en lockande möjlighet att söka efter andra livsformer. Den unika strukturen hos vita dvärg-planetsystem ger ett idealiskt tillfälle att studera de kemiska signaturerna hos kretsande planeters atmosfärer, ett potentiellt sätt att söka efter livstecken på långt håll.

"Jag tror att den mest spännande delen av detta arbete är vad det betyder för både beboelighet i allmänhet - kan det finnas gästvänliga regioner i dessa döda solsystem - och även vår förmåga att hitta bevis för den beboeligheten, säger Vanderburg.