9 diciembre 2019

Descubierto el primer planeta gigante alrededor de una estrella enana blanca

Las observaciones de ESO indican que el exoplaneta, de tipo Neptuno, se está evaporando

Utilizando el Very Large Telescope de ESO, un equipo de investigadores ha encontrado, por primera vez, evidencias de la presencia de un planeta gigante asociado a una estrella enana blanca. El planeta orbita a la enana blanca caliente (el remanente de una estrella similar al Sol) a corta distancia, lo que provoca que el planeta esté perdiendo su atmósfera y se esté formando un disco de gas alrededor de la estrella. Este sistema único nos da pistas sobre cómo podría ser nuestro propio Sistema Solar en un futuro lejano.

«Fue uno de esos descubrimientos fortuitos», dice el investigador Boris Gänsicke, de la Universidad de Warwick (Reino Unido), quien dirigió el estudio publicado hoy en Nature. El equipo había estudiado alrededor de 7000 enanas blancas observadas por el sondeo Sloan Digital Sky Survey y descubrió que una era diferente a las demás. Al analizar sutiles variaciones en la luz de la estrella, encontraron rastros de elementos químicos en cantidades que los científicos nunca antes habían observado en una enana blanca. «Sabíamos que tenía que haber algo excepcional en este sistema, y especulamos que podría estar relacionado con algún tipo de remanente planetario».

Para obtener más información sobre las propiedades de esta inusual estrella, llamada WDJ0914+1914, el equipo la analizó con el instrumento X-shooter, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, en el desierto chileno de Atacama. Estas observaciones de seguimiento confirmaron la presencia de hidrógeno, oxígeno y azufre asociados con la enana blanca. Al estudiar los detalles finos en los espectros tomados por X-shooter de ESO, el equipo descubrió que estos elementos estaban en un disco de gas que giraba hacia la enana blanca y que no provenían de la propia estrella.

«Se necesitaron varias semanas de trabajo para llegar a la conclusión de que la única manera de hacer un disco de este tipo es la evaporación de un planeta gigante», afirmó Matthias Schreiber, de la Universidad de Valparaíso, en Chile, quien computó la evolución pasada y futura de este sistema.

Las cantidades detectadas de hidrógeno, oxígeno y azufre son similares a las que se encuentran en las capas atmosféricas profundas de planetas gigantes helados como Neptuno y Urano. Si un planeta de este tipo estuviera orbitando cerca de una enana blanca caliente, la extrema radiación ultravioleta de la estrella lo despojaría sus capas externas y parte de este gas arrancado se arremolinaría en un disco, acretándose sobre la enana blanca. Esto es lo que los científicos creen que están viendo alrededor de WDJ0914+1914: el primer planeta evaporador que orbita a una enana blanca.

Combinando datos observacionales con modelos teóricos, el equipo de astrónomos de Reino Unido, Chile y Alemania fue capaz de definir una imagen más clara de este sistema único. La enana blanca es pequeña y es extremadamente caliente: 28.000 grados centígrados (cinco veces la temperatura del Sol). Por el contrario, el planeta es helado y grande, al menos el doble de grande que la estrella. Puesto que orbita a la enana blanca caliente a corta distancia, haciendo su órbita completa en sólo 10 días, los fotones de alta energía de la estrella le están arrancando la atmósfera de forma gradual. La mayoría del gas se escapa, pero una parte es atrapado en un disco que se arremolina alrededor de la estrella a una velocidad de 3.000 toneladas por segundo. Este disco es el que hace visible al planeta de tipo Neptuno que, de otro modo, permanecería oculto.

«Es la primera vez que podemos medir las cantidades de gases como el oxígeno y el azufre en el disco, lo cual proporciona pistas sobre la composición de las atmósferas de exoplanetas», dice Odette Toloza, de la Universidad de Warwick, que desarrolló un modelo para el disco de gas que rodea a la enana blanca.

«El descubrimiento también abre una nueva ventana para saber más sobre el destino final de los sistemas planetarios», añade Gänsicke.

Las estrellas como nuestro Sol queman hidrógeno en sus núcleos durante la mayor parte de sus vidas. Una vez se quedan sin este combustible, se hinchan, convirtiéndose en estrellas gigantes rojas, cientos de veces más grandes y envolviendo planetas cercanos. En el caso del Sistema Solar, esto incluirá Mercurio, Venus e incluso la Tierra, que será consumida por el Sol gigante rojo en unos 5.000 millones de años. Al final, las estrellas similares al Sol pierden sus capas externas, dejando atrás sólo un núcleo moribundo, una enana blanca. Estos restos estelares todavía pueden albergar planetas y se cree que hay muchos de estos sistemas estelares en nuestra galaxia. Sin embargo, hasta ahora, los científicos nunca habían encontrado evidencias de un planeta gigante superviviente alrededor de una enana blanca. La detección de un exoplaneta en órbita alrededor de WDJ0914+1914, situado a unos 1.500 años luz de distancia, en la constelación de Cáncer, puede ser la primera de muchos que orbiten estrellas de este tipo.

Según el equipo de investigación, el exoplaneta descubierto con la ayuda del instrumento X-shooter de ESO, orbita la enana blanca a una distancia de sólo 10 millones de kilómetros, o 15 veces el radio solar, lo cual indica que en el pasado debió estar sumergida en las profundidades de la estrella gigante roja. La inusual posición del planeta implica que, en algún momento después de que la estrella anfitriona se convirtiera en una enana blanca, el planeta se acercó a ella. Los astrónomos creen que esta nueva órbita podría ser el resultado de interacciones gravitacionales con otros planetas del sistema, lo que significa que más de un planeta pudo haber sobrevivido a la violenta transición de su estrella anfitriona.

«Hasta hace poco, muy pocos astrónomos se paraban a pensar en el destino de los planetas que orbitaban estrellas moribundas. Este descubrimiento de un planeta que orbita cerca de un núcleo estelar acabado demuestra firmemente que el Universo está desafiando una y otra vez a nuestras mentes, impulsándonos a ir más allá de nuestras ideas establecidas», concluye Gänsicke.

Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en un artículo científico que se publica en la revista Nature.

El equipo está formado por: Boris Gänsicke (Departamento de Física & Centro para el estudio de Exoplanetas y Habitabilidad, Universidad de Warwick, Reino Unido); Matthias Schreiber (Instituto de Física y Astronomía, Núcleo Millennium para el estudio de la Formación Planetaria, Universidad de Valparaíso, Chile); Odette Toloza (Departamento de Física, Universidad de Warwick, Reino Unido); Nicola Gentile Fusillo (Departamento de Física, Universidad de Warwick, Reino Unido); Detlev Koester (Instituto de Física Teórica y Astrofísica, Universidad de Kiel, Alemania); y Christopher Manser (Departamento de Física, Universidad de Warwick, Reino Unido).

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con Chile, país anfitrión, y Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. ESO también es socio de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

Fuente: European Southem Observatory
Extraído de https://www.eso.org/public/chile/news/eso1919/

Enlaces
Artículo científico: https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1919/eso1919a.pdf
Fotos del VLT: https://www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/

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