Rester av planeter med jordliknande skorpa har upptäckts i atmosfären av fyra närliggande vita dvärgstjärnor av astronomer vid University of Warwick, ger en glimt av planeterna som en gång kan ha kretsat runt dem för upp till miljarder år sedan.

Dessa skorpor är från de yttre lagren av steniga planeter som liknar jorden och Mars och kan ge astronomer större insikter i kemin hos planeterna som dessa döende stjärnor en gång var värd för.

Upptäckten rapporteras i dag i tidskriften Natur astronomi och inkluderar ett av de äldsta planetsystem som hittills setts av astronomer.

Det University of Warwick-ledda teamet analyserade data från Europeiska rymdorganisationens Gaia-teleskop på över 1, 000 närliggande vita dvärgstjärnor när de stötte på en ovanlig signal från en viss vit dvärg. Forskarna vid University of Warwick fick medel från European Research Council och Science and Technology Facilities Council (STFC).

De använde spektroskopi för att analysera ljuset från stjärnan vid olika våglängder, vilket gör att de kan upptäcka när element i stjärnans atmosfär absorberar ljus i olika färger och bestämma vilka element det är och hur mycket som finns. De inspekterade också de 30, 000 vita dvärgspektra från Sloan Digital Sky Survey publicerade under de senaste 20 åren.

Signalen matchade litiums våglängd och astronomerna upptäckte snart ytterligare tre vita dvärgar med samma signal, varav en också observerades med kalium i atmosfären. Genom att jämföra mängden litium och kalium med de andra grundämnena de upptäckt - natrium och kalcium - fann de att förhållandet mellan grundämnen matchade den kemiska sammansättningen av jordskorpan på steniga planeter som Jorden och Mars, om dessa skorpor och förångats och blandats i stjärnans gasformiga yttre lager i 2 miljoner år.

Huvudförfattaren Dr Mark Hollands från University of Warwicks institution för fysik sa:"Tidigare, vi har sett alla möjliga saker som mantel och kärnmaterial, men vi har inte haft en definitiv upptäckt av planetskorpan. Litium och kalium är bra indikatorer på skorpmaterial, de finns inte i höga koncentrationer i manteln eller kärnan.

"Nu vet vi vilken kemisk signatur vi ska leta efter för att upptäcka dessa grundämnen, vi har möjlighet att titta på ett stort antal vita dvärgar och hitta fler av dessa. Sedan kan vi titta på fördelningen av den signaturen och se hur ofta vi upptäcker dessa planetskorpor och hur det jämför med våra förutsägelser."

De yttre skikten av de vita dvärgarna innehåller upp till 300, 000 gigaton stenigt skräp, som inkluderar upp till 60 gigaton litium och 3, 000 gigaton kalium, motsvarande en sfär på 60 km med samma täthet som jordskorpan. Mängden skorpmaterial som detekteras liknar massan av asteroiderna vi ser i vårt eget solsystem, få astronomerna att tro att det de ser runt alla fyra stjärnorna är material som brutits av från en planet, snarare än en hel planet själv.

Tidigare observationer av vita dvärgar har hittat bevis på material från planeternas inre kärna och mantel, men inga definitiva bevis på skorpmaterial. Skorpan är en liten bråkdel av en planets massa och de element som upptäckts i denna studie kan bara detekteras när stjärnan är väldigt kall. Vita dvärgar är i döende fasen av sin livscykel, eftersom de har bränt ut sitt bränsle och svalnat under miljarder år. Dessa fyra vita dvärgar tros ha bränt ut sitt bränsle för upp till 10 miljarder år sedan och kan vara bland de äldsta vita dvärgarna som bildats i vår galax.

Medförfattaren Dr. Pier-Emmanuel Tremblay från University of Warwick sa:"I ett fall, vi tittar på planetbildningen runt en stjärna som bildades i den galaktiska halo, För 11-12,5 miljarder år sedan, därför måste det vara ett av de äldsta planetsystem som är kända hittills. Ett annat av dessa system bildades runt en kortlivad stjärna som från början var mer än fyra gånger solens massa, en rekordstor upptäckt som ger viktiga begränsningar för hur snabbt planeter kan bildas runt sina värdstjärnor."

Bland de äldsta av dessa vita dvärgar, en är 70 % mer massiv än genomsnittet och därför skulle dess enorma massa normalt få allt material i atmosfären att försvinna relativt snabbt, leder astronomerna till slutsatsen att det måste fylla på skorpan från en omgivande skräpskiva. Vidare, astronomerna upptäckte mer infrarött ljus än förväntat för den vita dvärgen ensam, vilket indikerar att en skiva värms upp av sin stjärna och sedan återutstrålas med längre våglängder.

Dr. Hollands tillägger:"Som vi förstår det, bildning av steniga planeter sker på liknande sätt i olika planetsystem. Initialt, de är bildade av liknande materialsammansättning som stjärnan, men med tiden separeras dessa material och du får olika kemiska sammansättningar i olika delar av planeterna. Vi kan se att vid någon tidpunkt har dessa föremål genomgått differentiering, där sammansättningen skiljer sig från stjärnans startsammansättning.

"Det är nu väl förstått att de flesta normala stjärnor som solen har planeter, men nu finns det möjlighet att titta på frekvensen av olika typer av material också."