Investigador del NPF participa en hallazgo del primer  planeta alrededor de una enana blanca

El estudio encontró un planeta gigante helado oculto alrededor de una pequeña estrella evolucionada. Se cree que este planeta, similar a Neptuno, deja una cola de gas alrededor de la estrella, debido a la evaporación producida por las altas temperaturas de ésta. 

Las enanas blancas son remanentes estelares que se producen cuando una estrella con masa similar al Sol agota su combustible nuclear. Entonces, las capas externas de esta estrella se desprenden quedando el núcleo inerte al centro, al que desde ese momento se le llama enana blanca. Actualmente, se conocen cerca de 3000 estrellas albergando planetas, y se estima que la mayoría de ellas terminará su vida como enanas blancas. Los modelos teóricos indican que estos sistemas planetarios, incluido nuestro Sistema Solar, pueden sobrevivir a la metamorfosis de las estrellas que los albergan.

En una investigación publicada este miércoles 5 de diciembre en la prestigiosa revista científica Nature y en la que destaca el subdirector del Núcleo Milenio de Formación Planetaria (NPF) Matthias Schreiber, se halló la primera evidencia de un planeta orbitando a una enana blanca, en forma de un disco de gas producido a partir de su atmósfera en evaporación. Este planeta, similar a Neptuno, orbita a la estrella, que tiene una cuarta parte de su tamaño, una vez cada diez días, dejando una cola de gas similar a un cometa a su paso, compuesta de hidrógeno, oxígeno y azufre.

El descubrimiento, realizado por astrónomos del NPF y el Departamento de Física de la Universidad de Warwick, representa la primera evidencia de un planeta que orbita a una enana blanca y sugiere que podría haber otros alrededor de esas estrellas, esperando ser descubiertos.

WDJ0914+1914 fue identificada en una encuesta de diez mil enanas blancas observadas por el Sloan Digital Sky Survey. Los científicos analizaron variaciones sutiles en la luz emitida por el sistema para identificar los elementos presentes alrededor de la estrella. Se detectaron peaks muy pequeños de hidrógeno, algo inusual, pero también de oxígeno y azufre, lo que nunca se había visto antes. Por esto, se utilizó el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral, instalado en Chile, para observar esta estrella, descubriendo que lo anterior era un indicador de un anillo de gas.

“Se sabe que los elementos pesados que vemos en las atmósferas de enanas blancas vienen de la acreción de material planetario como cometas y asteroides. Por eso, se hicieron famosas ya que permiten estudiar la composición química de planetas rocosos. Sin embargo, ahora encontramos que una enana blanca también puede accretar material de la atmósfera de un planeta gaseoso y podemos verlo cayendo en ella”, indica Matthias Schreiber, quien además de ser investigador del NPF es académico del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso.

El astrofísico explica que cuando una estrella se convierte en una enana blanca brilla más en el rango ultravioleta del espectro electromagnético y eso puede generar vientos en planetas alejados.

“Al principio, pensamos que se trataba de una estrella binaria con un disco de acreción formado por la masa que fluye entre las dos estrellas. Sin embargo, nuestras observaciones muestran que es una enana blanca única con un disco alrededor, de aproximadamente diez veces el tamaño de nuestro Sol, hecha únicamente de hidrógeno, oxígeno y azufre. Tal sistema nunca se había visto antes, y me quedó claro de inmediato que se trataba de una estrella única”, indica Boris Gaensicke, primer autor del trabajo e investigador del Departamento de Física de la Universidad de Warwick.

Al analizar los espectros obtenidos con el VLT, los astrónomos concluyeron que WDJ0914+1914 acumula azufre y oxígeno del disco. Además, midieron la composición del disco y concluyeron que coincide con lo que se espera para las capas más profundas de los gigantes de hielo de nuestro propio Sistema Solar, Urano y Neptuno.

Matthias Schreiber demostró que la enana blanca caliente, de 28,000 grados Celsius,  produce la evaporación lenta de este gigante helado bombardeándolo con fotones de alta energía y convirtiendo su masa perdida en un disco de gas alrededor de la estrella, que rota a una velocidad de más de 3.000 toneladas por segundo.

“Esta estrella tiene un planeta que no podemos ver directamente, pero lo detectamos debido a que la estrella está tan caliente que evapora al planeta, y vemos la atmósfera que está perdiendo. Podría haber muchas enanas blancas más frías que tienen planetas pero que carecen de los fotones de alta energía necesarios para impulsar la evaporación, por lo que no podríamos encontrarlos con el mismo método. Sin embargo, algunos de esos planetas podrían detectarse utilizando el método de tránsito una vez que el Large Synoptic Survey Telescope esté operativo”, dijo Gaensicke. “

Schreiber agrega que, en cierto sentido, WDJ0914+1914 nos brinda una visión del futuro muy lejano de nuestro propio Sistema Solar.

Llevando este caso al Sistema Solar, cuando nuestra estrella se quede sin combustible, en aproximadamente 4.500 millones de años más, eliminará sus capas externas, lo que destruirá Mercurio, Venus y, probablemente, la Tierra, quedando la enana blanca al centro del sistema. En un artículo complementario dirigido por Schreiber y Gaensicke y publicado en Astrophysical Journal Letters, los astrofísicos detallan cómo esta enana blanca irradiará suficientes fotones de alta energía para evaporar Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Al igual que en WDJ0914+1914, parte de ese gas atmosférico terminará en la enana blanca dejada por el Sol y será observable para las futuras generaciones de astrónomos alienígenas.

Los astrónomos argumentan que esta evaporación planetaria, y la posterior acumulación de enanas blancas jóvenes, es probablemente un proceso relativamente común que podría abrir una nueva ventana para estudiar la composición química de las atmósferas de los planetas gigantes de gas extrasolar.

El equipo de astrónomos, utilizando observaciones y cálculos, obtuvo una representación más clara de este sistema único (impresión artística). La enana blanca es pequeña y, a una temperatura de 28,000 grados Celsius (cinco veces la temperatura del Sol), extremadamente caliente. Por el contrario, el planeta es helado y grande, al menos cuatro veces más grande que la estrella. Como orbita a la enana blanca caliente a corta distancia, abriéndose paso en solo 10 días, los fotones de alta energía de la estrella gradualmente expulsan la atmósfera del planeta. La mayor parte del gas se escapa, pero parte se introduce en un disco que gira hacia la estrella a una velocidad de 3000 toneladas por segundo. Es este disco el que hace visible el planeta Neptuno, que de otro modo estaría oculto (Mark A. Garlick)
El equipo de astrónomos, utilizando observaciones y cálculos, obtuvo una representación más clara de este sistema único (impresión artística). La enana blanca es pequeña y, a una temperatura de 28,000 grados Celsius (cinco veces la temperatura del Sol), extremadamente caliente. Por el contrario, el planeta es helado y grande, al menos cuatro veces más grande que la estrella. Como orbita a la enana blanca caliente a corta distancia, abriéndose paso en solo 10 días, los fotones de alta energía de la estrella gradualmente expulsan la atmósfera del planeta. La mayor parte del gas se escapa, pero parte se introduce en un disco que gira hacia la estrella a una velocidad de 3000 toneladas por segundo. Es este disco el que hace visible el planeta Neptuno, que de otro modo estaría oculto (Mark A. Garlick)

“Nos quedamos atónitos cuando notamos que al observar enanas blancas calientes, potencialmente estamos viendo firmas de atmósferas planetarias extrasolares. Si bien esta hipótesis necesita más confirmación, de hecho podría abrir las puertas hacia la comprensión de atmósferas planetarias extrasolares”, comenta Schreiber.

El paso siguiente de esta investigación, cuenta el astrofísico, es observar enanas blancas calientes en el ultravioleta -ya que en el óptico es posible ver solo algunas líneas de absorción- y así obtener información sobre la composición de las atmósferas de planetas extrasolares.

“Se pueden detectar exoplanetas de muchas formas, pero entender de que material están hechas las atmósferas de estos planetas es muy difícil, y esto lo podemos hacer mirando las lineas de absorción de las enanas blancas calientes”, finaliza Schreiber.

Versión animada que muestra como el planeta se evapora en el disco. Nuestro Sol, al final de su vida y al igual que la estrella de esta investigación, evolucionará como una enana blanca (ESO )

Imagen que ilustra la nota: En unos 6 mil millones de años, el Sol habrá evolucionado hasta convertirse en una enana blanca. Mientras que los planetas internos serán destruidos, los planetas gigantes exteriores del Sistema Solar sobrevivirán a esta evolución. Durante unos pocos millones de años, la enana blanca estará lo suficientemente caliente como para evaporar los planetas gigantes de gas sobrevivientes. Una fracción del gas será acumulada por la enana blanca, y será detectable para las futuras generaciones de astrónomos alienígenas  (Mark A. Garlick).

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