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Visiones del futuro: Un fragmento planetario orbitando una estrella muerta nos ofrece una visión del destino del Sistema Solar

Nada dura para siempre. Una declaración igualmente aplicable en todo el Cosmos como lo es para asuntos más terrenales. Las estrellas, como las personas, nacen, envejecen y eventualmente mueren; al hacerlo, siembran en el Universo con los bloques de construcción para la próxima generación de estrellas y planetas.

La vida y el destino final de una estrella, una vez que agota su suministro de combustible (N. del T: helio e hidrógeno) y se expande para convertirse en una gigante roja, depende de la cantidad de masa con la que comenzó. Las estrellas de gran masa queman brillante pero brevemente, pereciendo en lo que seguramente es una de las exhibiciones más impresionantes y espectaculares de la naturaleza: una explosión supernova. Las estrellas menos masivas, como el Sol, finalmente arrojan sus capas externas para formar una elegante y sorprendente nebulosa planetaria, dejando solo sus núcleos calientes e inertes: una enana blanca. Es todo lo que queda de lo que una vez fue una estrella brillante.

Figura 1: Un fragmento planetario orbita la enana blanca SDSS J122859.93 + 104032.9, dejando una cola de gas a su paso. Crédito de la imagen: University of Warwick / Mark Garlick

Las enanas blancas son extremadamente densas. Su masa es comparable a la masa del Sol, pero se comprime en un volumen no mucho mayor que el de la Tierra. Esta concentración de masa produce un campo gravitatorio intenso, capaz de desgarrar los planetas supervivientes que se acercan demasiado. Las enanas blancas representan el punto final más común para la mayoría de las estrellas (alrededor del 97%) en la Vía Láctea. Dado que una enana blanca ya no genera energía a través de la fusión nuclear, se enfría gradualmente en escalas de tiempo inmensas, y eventualmente se desvanece en la oscuridad. ¿Pero qué pasa con los planetas restantes en estos sistemas? ¿Podrán sobrevivir la muerte de sus estrellas anfitrionas? Se ha observado que varios sistemas de enanas blancas albergan discos compactos de polvo; se cree que son los restos de sistemas planetarios que sufrieron eventos de disrupción de marea.

SDSS J122859.93 + 104032.9 es una enana blanca a unos 410 años luz de la Tierra, con una masa de aproximadamente el 70% de la del Sol. Se le conoce como una de las pocas conocidas por estar rodeadas de un disco de escombros y gases. Un equipo de astrónomos dirigido por Christopher Manser de la Universidad de Warwick observó SDSS J122859.93 + 104032.9 utilizando el telescopio óptico de apertura simple más grande del mundo, el Gran Telescopio Canarias de 10.4 metros en la isla de La Palma, en las Islas Canarias de España. El equipo analizó la composición del disco gaseoso dividiendo la luz recibida de la enana blanca en su espectro. Las observaciones anteriores ya habían revelado la presencia de líneas de emisión de doble pico en el espectro, producidas como resultado de la rotación en un disco plano; a medida que el disco gira, parte de él se aleja de nosotros, lo que resulta en una emisión de desplazamiento al rojo, mientras que parte del disco se mueve hacia nosotros, lo que resulta en una emisión de desplazamiento al azul. El equipo estaba buscando una variabilidad adicional en la forma de estas líneas de emisión que podría proporcionar pistas sobre los procesos físicos que tienen lugar dentro del disco.

Figura 2: Un espectrograma final plegado en fase que muestra los perfiles de línea de emisión de Ca II en SDSS J1228 + 1040. A-C muestra la observación tomada durante dos noches en 2017 y D-F muestra observaciones tomadas durante tres noches en 2018. A y D muestran el espectro promedio y el espectro normalizado del triplete de calcio. B y E muestran el espectrograma final plegado en fase con un período de 123,4 minutos. C y F muestran el espectrograma final menos la emisión promedio que muestra la variación periódica en el flujo y la longitud de onda de los tres componentes del triplete. Figura 1 en el artículo.

En lugar de fluctuaciones aleatorias, los investigadores encontraron una variación periódica (~3%) en la fuerza y ​​la forma de las líneas de emisión de calcio, con la emisión variable alternando de aumentar el pico de desplazamiento rojo al pico de desplazamiento azul con un período de aproximadamente dos horas.

Figura 3: Una ilustración de la estructura del disco en SDSS J1228 + 1040. El panel superior muestra una vista desde arriba que indica la ubicación y la dirección de la órbita del planetesimal. La línea curva gris muestra la extensión de la corriente de gas que genera la emisión adicional. El panel inferior muestra el sistema con una inclinación de 73 grados como se vería desde la Tierra. Figura 3 en el artículo.

Los astrónomos sugieren una serie de explicaciones para esta emisión variable, pero concluyen que un anillo de gas que fluye desde una órbita planetesimal dentro del disco es la más plausible. Sin embargo, quedan preguntas sobre la fuente exacta del gas. Las explicaciones más probables son que el gas se evapora de la superficie del planetesimal o se genera a partir de colisiones que involucran el disco planetesimal y los escombros. Con un período de solo dos horas, el planetesimal se ubica muy cerca de la enana blanca, profundo dentro del pozo gravitacional y, por lo tanto, debe ser muy denso y/o tener una fuerza interna alta para evitar que se rompa por las enormes fuerzas gravitacionales. Los investigadores proponen que probablemente esté compuesto de metales pesados ​​como el hierro y el níquel, un fragmento del núcleo de un planeta rocoso más grande que tuvo sus capas externas despojadas por las fuerzas de las mareas. Los cálculos estiman que el planetesimal tiene al menos unos pocos kilómetros de tamaño, pero potencialmente podría ser tan grande como unos pocos cientos de kilómetros.

Este objeto es solo el segundo planetesimal sólido que se encuentra en una órbita tan cercana alrededor de una enana blanca, y el primero se descubrió a través de las características de tránsito en la curva de luz de WD 1145 + 017 en 2015. El equipo planea estudiar a otros sistemas de enanas blancas que tienen discos de residuos gaseosos similares con la esperanza de detectar planetesimales adicionales. Si bien no sabemos con certeza qué pasará con nuestro sistema solar después de que muera el Sol, estudios como estos ayudan a responder preguntas sobre el origen, la evolución y el destino final de los sistemas planetarios como el nuestro.

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