¿Capear el temporal o resurgir de las cenizas? Los planetas circumibarios de la sistema NN Serpentis

• Título: The Detection of Dust around NN Ser
• Autores: Adam Hardy, Matthias R. Schreiber, Steven G. Parsons, Claudio Caceres, Carolyn Brinkworth, Dimitri Veras, Boris T. Gänsicke, Thomas R. Marsh, Lucas Cieza
• Institución del primer autor: Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso
• Estado: Sometido el 20 de Abril, 2016, para publicacíon en MNRAS; sometido de nuevo con revisiones menores
• Astrobite original: Weathering the storm or rising from the ashes? The circumbinary planets of NN Serpentis, por Matthew Green.

Los primeros exoplanetas fueron descubiertos alrededor de una pulsar, PSR B1257+12, en el año 1992. Una de las cosas más sorprendentes de esta detección fue que estos planetas se encontraron cerca de una estrella que había evolucionado mas allá de la secuencia principal. Esto planteó la pregunta de cómo sistemas de planetas evolucionan y cómo responden a la evolución de sus propias estrellas. Desde entonces, ha habido otras detecciones de exoplanetas cerca de estrellas evolucionadas, así como la enana blanca WD1145+017, o el sistema binario entre púlsar y una enana blanca PSR B1620-26. Un miembro importante de esta lista en años recientes ha sido el sistema binario, NN Serpentis, el cual se cree sea anfitrión de dos planetas de masa Joviana. El artículo de hoy es sobre la detección de un disco de polvo alrededor de NN Serpentis, que posiblemente puede ayudarnos a entender mejor la historia de este sistema.

NN Serpentis

Primero, debemos hablar sobre NN Serpentis. El sistema contiene dos estrellas, una enana blanca y una estrella de la secuencia principal, miembro de un clase que se llama “binarias post-envoltura-común,” o PCEBs por sus siglas en inglés. Imagínate un sistema que contiene dos estrellas de la secuencia principal. Las estrellas queman hidrógeno en su núcleo, así como lo hace nuestro Sol. Cuando el hidrógeno de una estrella está agotado la estrella empieza crecer hacia una gigante roja. Si las estrellas están lo suficientemente cerca la una de la otra, la atmósfera exterior de la gigante roja se ve atraida gravitacionalmente por la fuerza gravitatoria de su compañera. Este proceso es llamado “envoltura común”, el cual crea fricción entre las estrellas causando que las dos estrellas giren en una espiral la una hacia la otra. Despues de un tiempo se expulsa la envoltura común, dejando una enana blanca orbitando su compañera de la secuencia principal en una órbita mucho más apretada que antes. Órbitas apretados significan períodos más cortos; en NN Serpentis, por ejemplo, las estrellas orbitan con un periodo de tres horas.

Algunas de estas binarias, incluyendo NN Serpentis, son binarias eclipsantes. Midiendo los tiempos de estos eclipses, astrónomos pueden calcular muy precisamente los períodos orbitales. En muchos de esas sistemas binarios, los astrónomos se han encontrados variaciones en los tiempos de los eclipses de magnitud de segundos. Hay varios efectos que puenden explicar estas variaciones, pero en NN Serpentis, la explicación mas probable parece ser la presencia de dos planetas del tamaño de Júpiter.

Impresión del artista de NN Serpentis. Crédito: www.warwick.ac.uk

La presencia de estos planetas plantea una pregunta interesante: ¿Cuál es su edad? Y más especificamente, ¿existían antes el período de envoltura común? ¿o han sido formado después? El período del envoltura común es un tiempo turbulento por una sistema estelar. Planetas existentes tendrían que sobrevivir a los cambios grandes y relativamente rápidos en la masa y el período orbital del sistema binario, sin ser forzados a una órbita inestable. Un segundo modelo contempla que después de la expulsión de la envoltura común, quede material suficiente como para formar estos planetas de los escombros.

Un Disco Nuevamente Detectado

El artículo de hoy añade más información a la que ya existía. La luminosidad de NN Serpentis se midió en el infrarojo, por el instrumento “Son of Isaac” (SofI) y Spitzer, y en las microondas por ALMA. En la mayoría de estos canales, las mediciones son consistentes con el flujo que esperamos de dos estrellas. Pero en la medición de ALMA, NN Serpentis era más brillante de lo que se esperaba. Un exceso de flujo a baja longitud de onda sugiere emisión de cuerpo negro de algún material relativamente frío; un disco de escombros circumbinario.

Flujos medidos (puntos azules) en comparación al espectros modelos (lineas rojas y negras). Todos son consistentes con los modelos a excepción de el medido de ALMA (punto azúl más a la derecha). Crédito: Hardy et al. (2016), Fig. 2

Los autores sugieren tres posibles origenes para estos escombros. Primero, que la sistema siempre ha tenido un disco de escombros y este disco sobrevivió el período de la envoltura común. Segundo, los escombros son los restos de planetas destruidos por las colisiones. Tercero, los escombros son el material sobrante de la propia envoltura común, la cual no fue completamente expulsado del sistema. Los autores realizaron simulaciones de tres cuerpos para cada modelo, suponiendo que los gránulos de polvo no interactúan entre si, sino sólo con las dos estrellas, y ellos determinan que el material de la envoltura común que no era expulsado es la fuente más probable de los escombros.

¿Pues, qué puede significar todo esto para el sistema NN Serpentis? Demuestra que los escombros sobrantes después de la expulsión de la envoltura común, puede formar los planetas observados. En este sentido, el descubrimiento tal vez apoye el idea de que estas planetas han formandos después del período de envoltura común. Sin embargo, la conexión está lejos de ser clara. También, es algo que debe ser utilizado en los siguientes modelos del sistema. Un disco de escombros podría tener un efecto sobre la migración de los planetas, y los planetas podrían tener efectos de marea sobre el disco. Entonces, hay la posibilidad, que el disco de escombros tal vez sea responsable de algunos cambios en la órbita del sistema binario.

Con sólo un dato, es difícil estar seguro. Los trabajos sobre NN Serpentis todavía no están terminados — mediciones de sus eclipses todavía continuan por investigar desviaciones del modelo de dos planetas — pero está claro que hay más que aprender sobre este sistema fascinante.