Allt liv som identifierats på planeter som kretsar kring vita dvärgstjärnor har nästan säkert utvecklats efter stjärnans död, säger en ny studie ledd av University of Warwick som avslöjar konsekvenserna av de intensiva och rasande stjärnvindarna som kommer att slå en planet när dess stjärna håller på att dö. Forskningen är publicerad i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society , och huvudförfattaren Dr. Dimitri Veras kommer att presentera det idag (21 juli) vid det nationella astronomimötet online (NAM 2021).

Forskningen ger ny insikt för astronomer som söker efter tecken på liv runt dessa döda stjärnor genom att undersöka vilken påverkan deras vindar kommer att ha på planeter som kretsar runt under stjärnans övergång till det vita dvärgstadiet. Studien drar slutsatsen att det är nästan omöjligt för liv att överleva en katastrofal stjärnutveckling om inte planeten har ett intensivt starkt magnetfält - eller magnetosfär - som kan skydda den från de värsta effekterna.

När det gäller jorden, solvindspartiklar kan erodera atmosfärens skyddande lager som skyddar människor från skadlig ultraviolett strålning. Den jordiska magnetosfären fungerar som en sköld för att leda bort dessa partiklar genom dess magnetfält. Alla planeter har inte en magnetosfär, men jordens genereras av dess järnkärna, som roterar som en dynamo för att skapa sitt magnetfält.

"Vi vet att solvinden i det förflutna eroderade Mars atmosfär, som, till skillnad från jorden, har inte en storskalig magnetosfär. Vad vi inte förväntade oss att finna är att solvinden i framtiden kan vara lika skadlig även för de planeter som är skyddade av ett magnetfält", säger Dr Aline Vidotto från Trinity College Dublin, medförfattaren till studien.

Alla stjärnor får slutligen slut på tillgängligt väte som driver kärnfusionen i deras kärnor. I solen kommer kärnan då att dra ihop sig och värmas upp, driver en enorm expansion av stjärnans yttre atmosfär till en "röd jätte". Solen kommer då att sträcka sig till en diameter av tiotals miljoner kilometer, svälja de inre planeterna, möjligen inklusive jorden. Samtidigt innebär förlusten av massa i stjärnan att den har en svagare gravitationskraft, så de återstående planeterna rör sig längre bort.

Under den röda jättefasen, solvinden kommer att vara mycket starkare än idag, och det kommer att fluktuera dramatiskt. Veras och Vidotto modellerade vindarna från 11 olika typer av stjärnor, med massor som sträcker sig från en till sju gånger massan av vår sol.

Deras modell visade hur tätheten och hastigheten hos stjärnvinden, kombinerat med en expanderande planetbana, konspirerar för att alternativt krympa och expandera magnetosfären på en planet över tiden. För att någon planet ska behålla sin magnetosfär under alla stadier av stjärnutvecklingen, dess magnetfält måste vara minst hundra gånger starkare än Jupiters nuvarande magnetfält.

Processen för stjärnutveckling resulterar också i en förändring i en stjärnas beboeliga zon, vilket är avståndet som skulle tillåta en planet att ha rätt temperatur för att stödja flytande vatten. I vårt solsystem, den beboeliga zonen skulle röra sig från cirka 150 miljoner km från solen – där jorden för närvarande är positionerad – upp till 6 miljarder km, eller bortom Neptunus. Även om en planet i omloppsbana också skulle ändra position under de gigantiska grenfaserna, forskarna fann att den beboeliga zonen rör sig utåt snabbare än planeten, utgör ytterligare utmaningar för alla existerande liv i hopp om att överleva processen.

Så småningom släpper den röda jätten hela sin yttre atmosfär, lämnar efter sig den täta varma vita dvärgresten. Dessa avger inte stjärnvindar, så när stjärnan når detta stadium har faran för överlevande planeter passerat.

Dr Veras säger att "denna studie visar hur svårt det är för en planet att upprätthålla sin skyddande magnetosfär under hela stjärnutvecklingens gigantiska grenfaser."

"En slutsats är att liv på en planet i den beboeliga zonen runt en vit dvärg nästan säkert skulle utvecklas under den vita dvärgfasen om inte livet kunde motstå flera extrema och plötsliga förändringar i sin miljö."

Framtida uppdrag som rymdteleskopet James Webb som ska lanseras senare i år borde avslöja mer om planeter som kretsar kring vita dvärgstjärnor, inklusive om planeter inom deras beboeliga zoner visar biomarkörer som indikerar närvaron av liv, så studien ger ett värdefullt sammanhang till alla potentiella upptäckter.

Hittills har ingen jordisk planet som skulle kunna försörja liv runt en vit dvärg hittats, men två kända gasjättar är tillräckligt nära deras stjärnas beboeliga zon för att antyda att en sådan planet skulle kunna existera. Dessa planeter flyttade troligen in närmare den vita dvärgen som ett resultat av interaktioner med andra planeter längre ut.

Dr Veras tillägger att "dessa exempel visar att jätteplaneter kan närma sig mycket nära den beboeliga zonen. Den beboeliga zonen för en vit dvärg är mycket nära stjärnan eftersom de avger mycket mindre ljus än en solliknande stjärna. vita dvärgar är också mycket stadiga stjärnor eftersom de inte har några vindar. En planet som är parkerad i den vita dvärgens beboeliga zon kan förbli där i miljarder år, ge tid för livet att utvecklas under förutsättning att förutsättningarna är lämpliga."