Incluso las estrellas moribundas pueden dar a luz a nuevos planetas, según estudio

Astronomía

Cuando las estrellas jóvenes se unen a partir de una nube de hidrógeno molecular, un disco de material sobrante llamado disco protoplanetario las rodea. Este disco es donde se forman los planetas, y los astrónomos están mejorando para observar esos entornos velados y ver cómo toman forma los mundos embrionarios. Pero las estrellas jóvenes no son las únicas estrellas con discos de materia prima girando a su alrededor.

Algunas estrellas viejas y moribundas también tienen discos. ¿Puede formarse una segunda generación de planetas en esas condiciones?

Los planetas se forman después de la formación de las estrellas, pero no mucho después. En nuestro Sistema Solar, el Sol se formó hace unos 4.600 millones de años y la Tierra hace unos 4.500 millones de años. El destino de la Tierra está entrelazado con el destino del Sol.

Cuando el Sol se expanda como gigante roja, expulsará capas de material al espacio y eventualmente se expandirá lo suficiente como para destruir la Tierra y los otros planetas interiores. Júpiter y los planetas exteriores sobrevivirán, pero probablemente pasarán el resto de su existencia orbitando una enana blanca, el remanente del Sol. No se pueden formar nuevos planetas alrededor de la enana blanca en este escenario.

Pero nuestro Sol es una rareza relativa. Muchas estrellas existen en pares binarios. Las estrellas binarias tienen la misma edad, pero tienen masas diferentes. Dado que la masa inicial de una estrella determina su futuro, las estrellas de un par binario tienen vidas diferentes.

Si una de esas estrellas tiene una masa similar a la de nuestro Sol, se convierte en una gigante roja y expulsa material al espacio a medida que muere. ¿Qué pasa con todo ese material si la estrella tiene una pareja binaria?

Aquí es donde un nuevo estudio entra en escena. Su título es Una población de discos de transición alrededor de estrellas evolucionadas: Huellas dactilares de planetas. El primer autor es el astrónomo de la KU Leuven Jacques Kluska. La revista Astronomy & Astrophysics publicó el artículo.

La atracción gravitatoria de la segunda estrella puede hacer que el material expulsado de la estrella moribunda forme un nuevo disco giratorio muy similar al disco protoplanetario que rodeaba a la estrella cuando era joven. Los astrónomos ya sabían que esto podría suceder. Lo nuevo es la evidencia de que se puede formar una segunda generación de planetas en el disco. Según este nuevo estudio, alrededor del 10% de las estrellas binarias en esta situación se están formando nuevos mundos.

“En el 10% de las estrellas binarias evolucionadas con discos que estudiamos, vemos una gran cavidad en el disco”, dijo el primer autor Kluska en un comunicado de prensa. “Esta es una indicación de que algo está flotando por ahí que ha acumulado toda la materia en el área de la cavidad”.

Probablemente solo hay una cosa que se puede formar en estos discos: planetas. Las observaciones de la estrella moribunda refuerzan la probabilidad de que el objeto sea un planeta.

“En las estrellas binarias evolucionadas con una gran cavidad en el disco, vimos que los elementos pesados ​​como el hierro eran muy escasos en la superficie de la estrella moribunda”, dijo Kluska. “Esta observación lleva a sospechar que las partículas de polvo ricas en estos elementos fueron atrapadas por un planeta”.

Los astrónomos aún no están seguros de si estos son planetas, pero la evidencia es intrigante. Si resulta que se está formando una segunda generación de mundos de esta manera, es un descubrimiento significativo. Significa que nuestra teoría de la formación planetaria, llamada hipótesis nebular, es correcta pero no va lo suficientemente lejos.

“La confirmación o refutación de esta forma extraordinaria de formación de planetas será una prueba sin precedentes para las teorías actuales”, según el profesor Hans Van Winckel, director del Instituto de Astronomía de KU Leuven.

Estos discos solo pueden formarse en determinadas circunstancias y con determinados tipos de estrellas. Requiere estrellas gigantes post-asintóticas (post-AGB). Las estrellas post-AGB son estrellas frías y luminosas en una etapa de evolución estelar por la que pasan estrellas como nuestro Sol. El rango de masas de las estrellas post-AGB es de aproximadamente 0,8 a 5 masas solares.

Las estrellas post-AGB han agotado su suministro de hidrógeno. El núcleo de la estrella es principalmente carbono inerte y oxígeno, pero su capa exterior se expande y se enfría. La estrella se convierte en una gigante roja. Luego, el cambio de temperatura en el núcleo de la estrella desencadena la fusión de helio.

La fusión retrasa el enfriamiento y la expansión de la estrella por un tiempo, pero finalmente, el helio también se acaba. Luego continúa el enfriamiento y la expansión.

La estrella aún no ha terminado. Experimenta algunos pulsos térmicos y fusiona algo más de hidrógeno, y experimenta algunos destellos de helio.

Pero la estrella ha perdido gran parte de su masa al arrojarla al espacio. Si tiene un compañero binario, el material no da para mucho. El par binario tendrá un centro de gravedad y el material expulsado formará un disco circumbinario alrededor del centro.

Esto no siempre sucede. Una fase común y dramática de evolución binaria en espiral hace que la estrella asociada acumule el material de la estrella moribunda. Pero por alguna razón que los astrónomos aún no entienden, en su lugar se puede formar un disco circumbinario. Eso es lo que sucedió en el 10% de las binarias en este estudio.

Estos discos post-AGB no duran mucho, solo entre 10.000 y 100.000 años. ¿Es ese tiempo suficiente para que se forme un planeta gigante?

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Arriba: Una ilustración de un sistema estelar binario donde se está formando una segunda generación de planetas.

Los astrónomos no solían pensar así. Pero investigaciones más recientes sugieren que los planetas pueden formarse en solo 100.000 años. Un estudio de 2018 examinó los espacios en los discos y dijo que “… si los planetas realmente están tallando estos espacios, entonces los planetas con la masa de Saturno deben formarse dentro de los primeros ~ 0.5 Myr de la vida útil de los discos protoplanetarios”.

Pero los autores de este estudio dicen que incluso si la cavidad en el disco es de un planeta, ese planeta podría no ser necesariamente un planeta de segunda generación.

“Sin embargo, parece más plausible que si los discos de transición fueran producidos por un planeta, sería un planeta de primera generación que sobrevivió a la fase de interacción binaria”, escriben. “De hecho, parece que los planetas circumbinarios son tan frecuentes como los planetas alrededor de estrellas individuales, a pesar del número relativamente bajo de detecciones”.

Esta conclusión también encaja con algunas de las propiedades observadas de la estrella moribunda en el sistema. Como señaló el autor principal, Jacques Kluska, “… vimos que los elementos pesados ​​como el hierro eran muy escasos en la superficie de la estrella moribunda”.

¿Qué pasó con el hierro? El planeta superviviente de primera generación podría haberlo acrecentado, pero solo si fuera un planeta gigante. “Si tal planeta está presente desde el principio en el disco, eliminará eficientemente el material refractario del disco interno y producirá el patrón de agotamiento observado en la superficie de la estrella”, escriben los autores en su artículo.

Los astrónomos ya conocen un sistema binario donde probablemente se hayan formado planetas secundarios. Se llama NN Serpentis y varios investigadores han encontrado planetas allí.

“Estos planetas son candidatos para haberse formado en discos de segunda generación”, escriben Kluska y sus coautores. “Si se confirma el escenario planetario, estos discos se convertirían en un sitio prometedor para estudiar la formación de planetas de segunda generación y, por lo tanto, los escenarios de formación de planetas en un espacio de parámetros sin precedentes”.

Los autores pretenden estudiar los diez discos que presentan cavidades. Planean utilizar los grandes telescopios del Observatorio Europeo Austral en Chile para estudiarlos más de cerca.

Fuente: Universe Today.

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