En los últimos años, los astrónomos han desarrollado técnicas para medir el contenido de metales de las estrellas con una precisión extrema. Con esa capacidad, los astrónomos han examinado estrellas hermanas para ver cómo difiere su metalicidad. Algunas de estas estrellas co-natales tienen diferencias pronunciadas en su metalicidad. Una nueva investigación muestra que las estrellas que envuelven planetas rocosos son las responsables.
Las estrellas co-natales nacen en la misma nube molecular gigante (GMC), aunque no necesariamente están en relaciones binarias entre sí. Se espera que estas estrellas tengan metalicidades muy similares, aunque ninguna GMC es totalmente homogénea y las pequeñas diferencias son comunes en las estrellas que se forman juntas. Pero cuando las diferencias son pronunciadas, debe haber alguna otra explicación.
Una nueva investigación titulada “Contaminación metálica en estrellas similares al Sol debido a la destrucción de planetas de período ultracorto” sugiere que los planetas rocosos son la fuente de estas discrepancias. Los autores son Christopher E. O’Connor y Dong Lai de la Universidad Northwestern y la Universidad Cornell, respectivamente. La investigación se encuentra en el servidor de preimpresión arxiv.org y ha sido enviada a las revistas de la AAS.
“Estudios detallados de la composición química entre pares estelares co-natales –estrellas con un origen común– revelan abundancias diferenciales inesperadamente grandes entre los elementos refractarios”, escriben los autores.
Los autores se refieren a esto como contaminación, en honor a algo similar que sucede en las enanas blancas. La fuente de esta contaminación son los planetas rocosos, que son ricos en metales.
Los exoplanetas de período ultracorto (USP) orbitan sus estrellas muy cerca y normalmente completan una órbita en sólo unas horas. Tienen composiciones similares a la Tierra y rara vez tienen más de dos radios terrestres. Sus orígenes no están claros. Podrían haberse formado más lejos y luego migrar más cerca de su estrella, o podrían ser los restos de planetas mucho más grandes que perdieron su atmósfera debido a la irradiación estelar.
Los planetas USP no son muy comunes. Sólo alrededor del 0,5% de las estrellas similares al Sol los tienen. Son muy calientes, por lo que sus superficies están fundidas y están unidos por las mareas a sus estrellas. Aunque no son comunes, pueden formarse en mayor número y luego ser consumidos por sus estrellas.
“Los exoplanetas de período corto son potencialmente vulnerables a la disrupción por mareas y al engullimiento por sus estrellas anfitrionas”, escriben los autores. Las investigaciones muestran que entre el 3 y el 30% de las estrellas co-natales, de secuencia principal, similares al Sol (FGK) han engullido planetas rocosos de entre 1 y 10 masas terrestres.
Hay muchas formas en que esto puede suceder. “Son posibles muchas formas de evolución dinámica violenta en los sistemas planetarios, cada una potencialmente capaz de inyectar un planeta en la estrella”, escriben O’Connor y Lai. Sin embargo, la evidencia muestra que, como máximo, alrededor del 2% de las estrellas FGK individuales están contaminadas por todos los mecanismos violentos combinados.
Los astrónomos han propuesto tres escenarios principales en los que las estrellas pueden engullir planetas USP. Uno se llama migración de alta excentricidad (high-e). En este escenario, un proto-USP se acerca mucho a su estrella y tiene una alta excentricidad. Debido a su proximidad a la estrella y a su atracción gravitatoria, el planeta pierde rápidamente su excentricidad y adopta una órbita circular.
El tercer escenario es la migración impulsada por la oblicuidad. En este escenario, un planeta compañero del USP excita la oblicuidad del USP y lo captura en una resonancia de giro-órbita secular. El USP migra rápidamente hacia su estrella, pero la migración termina cuando el USP escapa a la resonancia.
Los autores desarrollaron un modelo para predecir la cantidad de USP que se forman y el tiempo que tardan en ser engullidos. Su modelo puede reproducir tanto la baja incidencia observada de USP alrededor de estrellas similares al Sol como su metalicidad contaminada. Sus resultados favorecen el escenario de migración de baja emisividad, en el que los USP forman parte de sistemas compactos de múltiples planetas.
“Encontramos que el engullimiento de USP es una consecuencia natural del escenario de migración de baja emisividad. Por lo tanto, parece plausible una conexión entre los USP y los planetas rocosos engullidos en estrellas similares al Sol”, escriben.
Sus resultados muestran que los USP quedan engullidos entre 0,1 y 1 gigaaño después de formarse. Si este engullimiento es la principal fuente de contaminación en estrellas similares al Sol, los autores dicen que existe una correlación entre la contaminación y los sistemas compactos de múltiples planetas.
“Entre el 5 y el 10% de las estrellas contaminadas debería haber un planeta en tránsito de masa ≳ 5M⊕ y período de ~ 4-12 días”, explican.
También predicen lo contrario: debería haber una anticorrelación entre la aparición de USP y la contaminación. Los autores señalan algunas salvedades con respecto a sus resultados.
Las señales de contaminación por metalicidad pueden desvanecerse con el tiempo. Los metales pueden asentarse en la estrella, haciendo que la señal desaparezca. Dependiendo de lo efectivo que sea esto, podría significar que nuestra comprensión de cuántas estrellas están contaminadas es inexacta. Podría significar que más del 30% de las estrellas similares al Sol están contaminadas.
La segunda salvedad es que mecanismos más violentos podrían inyectar planetas en sus estrellas. La dispersión planeta-planeta podría hacer que los planetas se engullan, especialmente las supertierras rocosas. Sin embargo, los autores explican que “hemos descubierto que sólo alrededor del 1% de las estrellas pueden contaminarse mediante la destrucción violenta de supertierras, a pesar de su ubicuidad como exoplanetas”.
Su última advertencia se refiere a los Júpiteres calientes (HJ). Estos planetas gigantes gaseosos orbitan muy cerca de sus estrellas. Los astrónomos creen que los HJ son destruidos por engullimiento durante la vida de secuencia principal de sus estrellas. Los HJ también tienen una tasa de aparición similar a la de los USP alrededor de estrellas similares al Sol. Es justo preguntarse si contribuyen a la contaminación por metalicidad observada.
Los autores dicen que es posible que la migración de alta excentricidad pueda llevar a los HJ a engullir estelares. Sin embargo, también señalan que hay buenas razones para dudar de ello. “Una vez más, un HJ engullido puede no producir una firma química similar a la de un planeta rocoso: las masas y las metalicidades de los HJ varían ampliamente”, escriben. Todo el hidrógeno y el helio en los HJ también podrían diluir los metales adicionales. Además, la disrupción de mareas de los HJ puede no conducir directamente a su engullimiento. Es posible que la transferencia de masa pueda reducir el HJ a un remanente de supertierra formado por el núcleo original y una atmósfera residual.
Según O’Connor y Lai, se necesitan más estudios antes de que podamos entender cómo los HJ pueden contribuir a la contaminación estelar. Sus resultados también muestran que una estrella de secuencia principal solo puede formar un planeta extrasolar durante su secuencia principal, por lo que solo uno puede ser engullido. En un sistema compacto, sólo el planeta más interior puede sufrir suficiente desintegración por mareas para convertirse en un planeta extrasolar.
En su conclusión, los autores escriben que las estrellas que albergan planetas extrasolar deberían tener edades y cinemáticas similares a las estrellas de campo de la Vía Láctea y rara vez deberían mostrar signos de engullimiento planetario previo. También concluyen que las estrellas FGK contaminadas deberían albergar sistemas compactos de múltiples planetas.
Fuente: Science Alert.
