- Título del artículo original: Compositions of planetary debris around dusty white dwarfs
- Autores: Siyi Xu (许偲艺), Patrick Dufour, Beth Klein, et al.
- Institución de la primera autora: Gemini Observatory
- Estado de la publicación: publicado en acceso abierto en arXiv
Estrellas muertas
Las enanas blancas son remanentes estelares, lo que queda tras la muerte de algunas estrellas, su núcleo desnudo. Ya no producen reacciones termonucleares, por lo que se van enfriando lentamente. Su gravedad es muy fuerte, tan fuerte que todos los elementos más pesados que el helio (llamados metales en astronomía) son atraídos hacia su interior muy rápidamente, en cientos o miles de años. Aunque parezca mucho tiempo, en astrofísica ¡esto es rapidísimo!
Es por esto que fue una sorpresa cuando por primera vez se encontraron líneas metálicas en el espectro de una enana blanca, que normalmente sólo muestra líneas de hidrógeno o helio (ya que los metales están en el interior, que no podemos ver).
Planetas destruidos
La explicación es que la enana blanca se está “contaminando” por un disco de polvo y residuos a su alrededor, remanente de un sistema planetario pasado. Este disco puede detectarse en ciertas ocasiones en el infrarrojo: la enana blanca emite la mayor parte de su luz en el ultravioleta, y parte de esta luz es absorbida por el polvo del disco y reemitida en el infrarrojo tras calentarse.
Gracias al análisis de espectros de enanas blancas podemos determinar la composición de los planetas que había en ese sistema antes de que fueran destruidos tras la muerte de su estrella, lo que nos proporciona información única que no podemos obtener aún de sistemas exoplanetarios “vivos” (es decir, planetas intactos alrededor de estrellas de la secuencia principal).
Astronomía forense
En este artículo se estudian espectros en alta resolución de 13 enanas blancas con discos de polvo (y otras 6 candidatas de tenerlos) para determinar la composición de planetas destruidos a partir de las líneas de absorción metálicas encontradas en los espectros. Estos espectros fueron tomados con telescopios en Hawái (telescopios Keck I y II), en Chile (VLT, Very Large Telescope) e incluso por el telescopio espacial Hubble.
Tras derivar los parámetros estelares (temperatura, gravedad, etc.) de cada enana blanca con un proceso de ajuste a sus líneas espectrales de hidrógeno o helio, los autores determinaron las abundancias de los metales. Para ello, calcularon una red de espectros sintéticos de las enanas blancas usando la información obtenida en el ajuste anterior, pero variando las abundancias de cada metal. Compararon estos modelos espectrales con el espectro real, usando el método de ajuste por mínimos cuadrados, y adoptaron la abundancia dada por el espectro sintético con menor valor de chi-cuadrado. Algunos ejemplos de este ajuste se muestran en la Figura 1.
Sin embargo, en algunos casos encontraron diferencias en las abundancias obtenidas a partir de estos espectros con las obtenidas por otro grupo de astrónomos a partir de espectros en el ultravioleta: los autores argumentan que esto puede deberse a que las líneas en el óptico y en el ultravioleta se originan a distintas profundidades de la atmósfera de la enana blanca.
También calcularon los ritmos de acreción, es decir la cantidad de material que cae en la enana blanca por unidad de tiempo: encontraron que por ejemplo, la enana blanca WD 1232+563 ¡acreta más de 5000 toneladas de material por segundo! Esto bate el récord de material acretado que contamos hace unos años en este astrobito.
¿Análogos terrestres?
Los autores comentan que es probable que las enanas blancas de este estudio estén actualmente acretando material procedente principalmente de la destrucción de un solo planeta. Asumiendo un ritmo de acreción constante, calcularon la fracción en masa de cada elemento químico, y la compararon con el caso de la Tierra (ver Figura 2) para las enanas blancas estudiadas y otras tres más de la literatura científica.
Encontraron que el oxígeno, hierro, silicio y magnesio componen el 87% de la masa total del planeta destruido para 19 de las 21 enanas blancas, muy similar al porcentaje de la composición de la Tierra. De las dos restantes, una de ellas tiene cantidades altas de oxígeno, carbono y nitrógeno, por lo que se ha propuesto que el objeto que se destruyó y formó el disco de acreción no fue un planeta, sino un objeto análogo a los del cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar. En el último caso la enana blanca ha acretado muy poco oxígeno, y la propuesta es que el objeto origen es polvo interplanetario anhidro (sin contenido de agua).
De entre las 19 enanas blancas que acretan material con composición similar a la terrestre destaca WD 1232+563, que está acretando gran cantidad de oxígeno. Los autores especulan que podría proceder de un planeta rico en agua o quizás rico en dióxido de carbono. Otro de estos casos es una enana blanca con contenido muy alto en materiales refractarios (calcio, titanio y aluminio), lo que podría indicar que el planeta original se formó a corta distancia de la estrella central, ya que a estas distancias se cree que se forman planetesimales ricos en estos elementos. Otras dos de estas enanas blancas tienen porcentajes muy altos de hierro, lo que puede indicar que los planetas que destruyeron eran de tipo Mercurio, con un núcleo mayor de lo normal.
Sin embargo, los autores indican que faltan observaciones en el ultravioleta para poder determinar las abundancias del resto de elementos típicos que se encuentran en los planetas rocosos del sistema solar. Con estas observaciones, en el futuro podremos determinar finalmente si la composición de estos planetas se parece a la de nuestro sistema solar o no, y empezar a hacer estadística de composiciones exoplanetarias.
Si te fascinan las estrellas muertas y quieres saber más te recomendamos que leas los astrobitos sobre Gaia y enanas blancas, enanas blancas binarias, otro sobre binarias, entender la Galaxia a partir de sus enanas blancas y sobre el transporte de energía en estas estrellas.
Imagen destacada: impresión artística de un disco de polvo y restos planetarios descubierto en torno a una enana blanca. Crédito: NASA, ESA, STScI, and G. Bacon (STScI)
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