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一颗巨大行星吸积到一颗白矮星上

自然体积576，页面61 - 64 (2019）引用本文

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摘要

检测1这是一颗围绕白矮星G29-38的尘埃盘，由围绕白矮星WD 1145+017的碎片凌日而来(参考文献)。2)证实了在许多白矮星中发现的光球微量金属3.产生于潮汐破坏的星子的吸积4．这些星子的组成与太阳系内部的岩石体相似5．星子向白矮星的引力散射需要更大质量天体的存在6但到目前为止，还没有在白矮星上探测到行星。在这里，我们报告了一颗热白矮星(约27750开尔文)的光学光谱，WD J091405.30+191412.25，它是从一个由氢、氧和硫组成的恒星周围气体盘中吸积的，速率约为3.3 × 109克每秒。这个圆盘的组成不同于所有已知的围绕白矮星的行星碎片7，但类似于对冰冷巨行星更深大气层组成的预测，H2O和H2S是主要成分。一颗巨大的行星围绕一颗热白矮星运行，其半长轴约为15个太阳半径，将经历大量的蒸发，其预期的质量损失率与我们在白矮星上观察到的吸积率相当。行星的轨道很可能是引力相互作用的结果，表明系统中存在其他行星。我们推断，在白矮星周围的近轨道上，光谱可探测的巨行星的发生率约为万分之一。

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图1:来自WD J0914+1914星周盘的发射线。
图2:光球氧和硫线。
图3:WD J0914+1914行星物质的丰度。

数据可用性

本文所分析的SDSS和X-Shooter光谱可从SDSS (https://www.sdss.org/)及ESO (http://archive.eso.org)档案。

代码的可用性

Cloudy已公开提供(https://www.nublado.org/)．D. Koester的模型大气代码受限于可用性。

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下载参考

确认

斯隆数字巡天4的资金由阿尔弗雷德·p·斯隆基金会、美国能源部科学办公室和参与机构提供。SDSS网站是www.sdss.org．根据ESO计划0102.C-0351(A)在南半球收集的欧洲天文研究组织的观测结果。B.T.G.和C.J.M.得到了英国STFC拨款ST/P000495的支持。M.R.S.感谢行星形成千年核(NPF)和Fondecyt(资助1181404)的支持。O.T.得到了Leverhulme信托基金研究项目的资助。导致这些结果的研究得到了欧洲研究委员会在欧盟地平线2020研究和创新计划编号677706 (WD3D)下的资助。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 英国考文垂华威大学物理系

    Boris T. Gänsicke, Odette Toloza, Nicola P. Gentile Fusillo & Christopher J. Manser

  2. 英国考文垂华威大学系外行星和宜居性研究中心

    鲍里斯。Gänsicke

  3. 物理与天文研究所，行星形成千年核(NPF)，智利大学Valparaíso, Valparaíso

    Matthias R. Schreiber

  4. 研究所für理论物理学和天体物理学，Universität基尔，基尔，德国

    德特勒夫·凯斯特

作者
  1. 鲍里斯。Gänsicke
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  2. Matthias R. Schreiber
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  3. 奥德特Toloza
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  4. 尼古拉·p·詹蒂勒·福西洛
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  5. 德特勒夫·凯斯特
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  6. 克里斯托弗·j·曼瑟
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贡献

所有作者都对本文的数据解释、讨论和写作做出了贡献。B.T.G.撰写了ESO提案，进行了观测，并建立了发射线剖面模型。M.R.S.开发了地球过去和未来演化的模型，以及光蒸发模型。O.T.开发了环绕星盘的云状模型。O.T.和D.K.进行了光球分析。N.P.G.F.认为WD J0914+1914是一颗不寻常的白矮星，并减少了X-Shooter的数据。C.J.M.搜索了SDSS的光谱数据，寻找更多显示氧或硫谱线的白矮星。

相应的作者

对应到鲍里斯。Gänsicke．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

同行评审信息自然感谢Patrick Dufour和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1 WD J0914+1914的识别光谱。

WD J0914+1914的不寻常性质是在SDSS数据发布14中从其光谱中确定的。Hα O我7774 Å和O我8446条Å线被清晰地检测到，S(二] 4068 Å和S我和O我近9,240 Å存在于噪音水平附近。

扩展数据图2开普勒圆盘的发射线。

氢的双峰排放线(一个)、氧气(b，c，e，f)和硫(d)，在WD J0914+1914的光谱中探测到的中微子起源于一个气态的星周盘。红色显示的是通过卷积浑浊模型计算出的合成圆盘轮廓，该模型与观测到的线通量比与开普勒圆盘的展宽函数最匹配。倾向于我= 60°时，Hα (一个)和O我8446 Å (c)的内部和外部圆盘半径线很好地再现r在≈-1.3 (1.0)R⊙而且r出≈-3.3 (2.8)R⊙，与Cloudy模型的结果一致(见扩展数据图)。4)．[S2] 4,068 Å (d)延伸至约1R⊙到10R⊙．O我8446 Å (c)线表示这条线在光学上很粗。

图3观测到的双峰发射线对恒星周围气体发射位置的动力学约束。

环绕星盘中的气体遵循开普勒轨道，因此观测到的发射线的轮廓形状(见图)。1和扩展数据图。2)编码气体的位置。双峰的速度分离和直线翼的最大速度分别对应圆盘外边缘和内边缘的气体运动。对于给定的圆盘倾角，这些速度映射到半长轴上。倾角的下限，我> 5°，源于白矮星有限的大小(Rwd)，而该磁盘的范围的上限是为边对提供的，我= 90°，倾角。[S]2] 4068 Å线的双峰分离比Hα和O小得多我8446 Å，意味着更大的径向范围。

扩展数据图4云拟合质量。

云模型网格的线通量比，跨越一定范围的气体密度，ρ，以及到白矮星的径向距离，r，与白矮星的观测值进行比较。这两个直方图显示了常数的平均质量r(上)和常量ρ(右)。所观测到的发射线通量被密度为的光电离气体很好地再现ρ= 10−11.3g厘米−3位于(1-4)R⊙．

扩展数据图5入射EUV通量和质量损失率随轨道分离的函数。

一个，金牛座T星周围的EUV辐射通量(黄色阴影区域)与WD J0914+1914(红线)的比较。温暖的海王星沙漠的外部边界由垂直虚线表示。根据吸积盘的大小估计，绕WD J0914+1914运行的行星轨道距离约为(14-16)。R⊙(灰色阴影区域)。这颗位于WD J0914+1914的巨大行星位于温暖的海王星沙漠中，其EUV光度与围绕金牛座T恒星的行星相当。b，质量损失率估计从重组和能量有限的流体动力逃逸假设木星质量和海王星质量的行星。即使距离达到几百个太阳半径，也会产生巨大的质量损失，远远超出了WD J0914+1914这颗巨行星的估计轨道位置。

图6 WD J0914+1914的Lyα发射与太阳的比较。

一个，由SORCE SOLSTICE仪器测量的太阳在整个太阳活动周期的Lyα辐照度。太阳系中中性行星际氢的辐射压力通常超过太阳施加的引力。b太阳在最小值(2008年)和最大值(2014年)期间的Lyα通量与距离为15的WD J0914+1914的发射相比R⊙．考虑到WD J0914+1914的质量小于太阳，而且它的Lyα通量在线的核心与太阳相当，但在翼部要大得多(即使在2014年太阳活动极大期期间)，辐射压力强烈地阻碍了氢的流入，这解释了相对于氧和硫，氢在星周盘内的大量消耗。

扩展数据图7共同包络演化后的最终分离作为行星质量的函数。

我们采用了两种常见的包络效率，α= 0.25(实线)，并且α= 1.0(虚线)来计算最终分离的上限(一个最后)如果WD J0914+1914的前身和行星演化经历了一个共同的包膜阶段。共同包络演化的可能结果的参数空间位于这些线的下方(灰色阴影区域)。我们认为较小的效率更为现实。红线以下的配置(一个辐透)，行星质量的物体会在巨大的包络层内蒸发;在蓝线以下(一个RL)，它就会溢出罗氏叶。只有参数在绿色阴影区域内的行星才能在普通的包络演化中幸存下来。而普通包膜演化可以将木星质量的行星带到WD J0914+1914附近的估计位置(在(14-16))。R⊙)，较小的行星将在巨大的包裹层中蒸发。

扩展数据图8质量损失速率的演化过程。

白矮星随时间冷却，因此它们的EUV光度降低。我们计算了有效温度从80,000 K到10,000 K的模型光谱，整合了EUV通量，并确定了距离为10的木星和海王星的质量损失率R⊙．在3.64亿年的冷却年龄，白矮星将冷却到1.2万K，质量损失率将下降到10以下6g s−1，由此产生的由氧和硫造成的光球污染将变得无法检测。在整个冷却时间内对质量损失率进行积分，结果总质量损失约为0.002米Jup相当于海王星质量的3.7%。

表1白矮星参数
全尺寸表
扩展数据表2元素丰度、对数(Z/小时)
全尺寸表

补充信息

补充表1

这个文件包含了WDJ0914+1914的x -射手谱的缩减和平均，以及最合适的白矮星模型。

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引用本文

Gänsicke, b.t.， Schreiber, m.r.， Toloza, O。et al。一颗巨大行星吸积到一颗白矮星上。自然576， 61-64(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-1789-8

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