Astrónomos desconcertados por ‘planeta que no debería existir’

La búsqueda de planetas fuera de nuestro sistema solar, exoplanetas, es uno de los campos de más rápido crecimiento en astronomía. En las últimas décadas, se han detectado más de 5000 exoplanetas y los astrónomos ahora estiman que en promedio hay al menos un planeta por estrella en nuestra galaxia.

Muchos esfuerzos de investigación actuales tienen como objetivo detectar planetas similares a la Tierra adecuados para la vida. Estos esfuerzos se centran en las llamadas estrellas de “secuencia principal” como nuestro Sol, estrellas que funcionan con la fusión de átomos de hidrógeno en helio en sus núcleos y permanecen estables durante miles de millones de años. Más del 90% de todos los exoplanetas conocidos hasta la fecha se han detectado alrededor de estrellas de secuencia principal.

Como parte de un equipo internacional de astrónomos, estudiamos una estrella que se parece mucho a nuestro Sol dentro de miles de millones de años y descubrimos que tenía un planeta que debería haber devorado. Dentro investigación Publicado en Naturalezaexponemos el rompecabezas de la existencia de este planeta y proponemos algunas posibles soluciones.

Un vistazo a nuestro futuro: estrellas gigantes rojas

Al igual que los humanos, las estrellas experimentan cambios a medida que envejecen. Una vez que una estrella ha consumido todo su hidrógeno en el núcleo, el núcleo de la estrella se encoge y la envoltura exterior se expande a medida que la estrella se enfría.

En esta fase de evolución de “gigante roja”, las estrellas pueden crecer hasta más de 100 veces su tamaño original. Cuando esto le suceda a nuestro Sol, en unos 5 mil millones de años, esperamos que crezca tanto que engullirá a Mercurio, Venus y posiblemente a la Tierra.

Eventualmente, el núcleo se calienta lo suficiente como para que la estrella comience a fusionar helio. En este punto, la estrella se reduce a unas 10 veces su tamaño original y continúa ardiendo de manera estable durante decenas de millones de años.

Sabemos de cientos de planetas que orbitan estrellas gigantes rojas. uno de ellos se llama 8 Ursae Minoris bun planeta con alrededor de la masa de Júpiter en una órbita que lo mantiene aproximadamente a la mitad de la distancia de su estrella que la Tierra del Sol.

El planeta fue descubierto en 2015 por un equipo de astrónomos coreanos utilizando la técnica de “bamboleo Doppler”, que mide la atracción gravitacional del planeta sobre la estrella. En 2019, la Unión Astronómica Internacional doble la estrella Baekdu y el planeta Halla, después de las montañas más altas de la península coreana.

Un planeta que no debería estar aquí

Análisis de nuevos datos sobre Baekdu recopilados por el satélite Transiting Exoplanet Survey de la NASA (tess) telescopio espacial hizo un descubrimiento sorprendente. A diferencia de otras gigantes rojas que hemos encontrado albergando exoplanetas en órbitas cercanas, Baekdu ya ha comenzado a fusionar helio en su núcleo.

Utilizando las técnicas de asterosismología, que estudia las ondas dentro de las estrellas, podemos determinar qué material está quemando una estrella. Para Baekdu, las frecuencias de las ondas mostraron sin ambigüedades que había comenzado a quemar helio en su núcleo.

El descubrimiento fue desconcertante: si Baekdu está quemando helio, debería haber sido mucho más grande en el pasado, tan grande que debería haberse tragado el planeta Halla. ¿Cómo es posible que Halla sobreviviera?

Como suele ser el caso en la investigación científica, el primer curso de acción fue descartar la explicación más trivial: que Halla nunca existió realmente.

De hecho, algunos descubrimientos aparentes de planetas que orbitan alrededor de gigantes rojas utilizando la técnica de oscilación Doppler se revelaron más tarde como ilusiones. creado por variaciones a largo plazo en el comportamiento de la estrella misma.

Sin embargo, las observaciones de seguimiento descartaron tal escenario de falso positivo para Halla. La señal Doppler de Baekdu se ha mantenido estable durante los últimos 13 años, y un extenso estudio de otros indicadores no ha mostrado otra explicación posible para la señal. Halla es real, lo que nos lleva de nuevo a la pregunta de cómo sobrevivió al hundimiento.

Dos estrellas se convierten en una: un posible escenario de supervivencia

Después de confirmar la existencia del planeta, se nos ocurrieron dos escenarios que podrían explicar la situación que vemos con Baekdu y Halla.

Al menos la mitad de todas las estrellas de nuestra galaxia no se formaron de forma aislada como nuestro Sol, sino que forman parte de sistemas binarios. Si Baekdu alguna vez fue una estrella binaria, es posible que Halla nunca se haya enfrentado al peligro de ser engullida.

Una fusión de estas dos estrellas puede haber impedido que cualquiera de las estrellas se expandiera a un tamaño lo suficientemente grande como para engullir el planeta Halla. Si una estrella se convirtiera en una gigante roja por sí sola, habría engullido a Halla; sin embargo, si se fusionara con una estrella compañera, pasaría directamente a la fase de combustión de helio sin llegar a ser lo suficientemente grande como para alcanzar el planeta.

Alternativamente, Halla puede ser un planeta relativamente nuevo. La violenta colisión entre las dos estrellas pudo haber producido una nube de gas y polvo a partir de la cual se podría haber formado el planeta. En otras palabras, el planeta Halla podría ser un planeta de “segunda generación” recién nacido.

Cualquiera que sea la explicación correcta, el descubrimiento de un planeta cercano que orbita una estrella gigante roja que quema helio demuestra que la naturaleza encuentra formas para que aparezcan exoplanetas en lugares donde uno podría esperar menos.