Según estudio una de cada diez estrellas se ha devorado un planeta del tamaño de Júpiter
Por Evan Gough, Universe Today.
10 de mayo de 2023.
Esta ilustración muestra un exoplaneta de la masa de Júpiter acercándose peligrosamente a su estrella. Eventualmente, la estrella engullirá al planeta, algo que sucede en la vida de muchas estrellas cuando abandonan la secuencia principal. Crédito: C. Carreau / ESA.
En el espacio, los eventos cataclísmicos le suceden a las estrellas todo el tiempo. Algunas explotan como supernovas, otras son desgarradas por agujeros negros y algunas sufren otros destinos. Pero cuando se trata de planetas, son las estrellas las que infligen destrucción.
Las estrellas gigantes rojas en expansión consumen y destruyen los planetas que se acercan demasiado, y un nuevo estudio analiza más profundamente el proceso de inmersión estelar.
Estrellas como nuestro Sol eventualmente se convertirán en gigantes rojas. A través de la fusión nuclear, convierten la masa en energía. A lo largo de su vida, arrojan tanta masa como energía que finalmente se expanden y se vuelven rojas. Para los planetas que están demasiado cerca de estas esferas hinchadas, significa el final. Eventualmente son engullidos y completamente destruidos.
Mucha investigación ha profundizado en el proceso de inmersión planetaria, y un nuevo estudio calculó que una de cada diez estrellas evolucionadas en la Vía Láctea se tragará planetas de la masa de Júpiter.
El estudio se titula "Envolvimiento de planetas gigantes por estrellas gigantes evolucionadas: curvas de luz, asterosismología y capacidad de supervivencia". El primer autor es Christopher O'Connor. O'Connor es un estudiante de Ph.D. del Departamento de Astronomía de la Universidad de Cornell. El estudio aún no ha sido revisado por pares y está disponible en el servidor arXiv.
El estudio se centra en dos tipos de estrellas evolucionadas que están estrechamente relacionadas: estrellas de rama gigante roja (RGB) y estrellas de rama gigante asintótica (AGB). Las dos son similares y, de hecho, las estrellas RGB pueden convertirse en estrellas AGB. El término estrella evolucionada es lo suficientemente descriptivo para cubrir ambos, y en este trabajo, lo importante es que tanto las estrellas RGB como las estrellas AGB han dejado la secuencia principal.
A medida que estas estrellas evolucionadas pierden masa, se expanden y, en esta etapa, cualquier planeta que se encuentre en las proximidades está en peligro. La envoltura convectiva de la estrella se hincha y atrapa al planeta. Esto crea resistencia, lo que hace que el planeta gire en espiral hacia la estrella. Los astrónomos lo saben, y en este trabajo, los autores examinaron la frecuencia de estos eventos y cómo responden las estrellas.
Describen una estrella similar al Sol como una estrella con 1 a 2 masas solares. Alrededor del 10% de estas estrellas engullirán un planeta entre 1 y 10 masas de Júpiter. Para estas relaciones de masa, la espiral interna tomará entre 10 y 100 años o entre 100 y 1000 órbitas.
Para determinar estos rangos y cómo responde la estrella, los investigadores utilizaron una herramienta de software de astronomía de código abierto llamada MESA (Módulos para Experimentos en Astrofísica Estelar). "Usamos el instrumento de software Módulos para Experimentos en Astrofísica Estelar (MESA) para rastrear la estrella respuesta a la deposición de energía mientras evoluciona simultáneamente la órbita planetaria", explican. MESA reveló cómo las diferentes estrellas evolucionadas respondieron al engullir planetas con diferentes masas.
Si bien muchos eventos astrofísicos se desarrollan durante miles, millones o incluso cientos de millones de años, la inmersión planetaria es un proceso mucho más rápido. Pero antes de que el planeta y la estrella entren en contacto, dos cosas los unen: la expansión estelar y el decaimiento orbital. Esta es la primera fase del hundimiento, donde la fricción de las mareas provoca el decaimiento orbital del planeta. Los autores explican que la fricción de las mareas "muy probablemente se deba a la disipación turbulenta en la envoltura convectiva de la estrella". En este punto del proceso, el arrastre de la corona estelar y el viento estelar son mínimos.
Una vez que la estrella y el planeta comienzan a entrar en contacto, las cosas cambian. La fricción de las mareas pasa a un segundo plano frente a las fuerzas de arrastre. Los autores llaman a esto la fase de "pastoreo". "La interacción hidrodinámica 'pasteante' de la estrella y el planeta es compleja y tridimensional", escriben. Las complejidades en la fase de pastoreo pueden incluir fenómenos como la expulsión de materia de la estrella y transitorios ópticos y de rayos X provocados por choques. Pero este estudio deja esos fenómenos de lado por ahora. "Nos enfocamos en la última fase 'inspiradora' de inmersión, cuando el planeta está completamente inmerso en la envoltura", escriben.
Cuando un planeta está en la fase inspiral, deposita calor en la estrella. La última parte de esta fase se denomina fase inspiral tardía y el calor que se agrega a la estrella durante esta fase es en gran parte responsable de la respuesta de la estrella. La masa del planeta es un factor determinante en la cantidad de calor que se deposita.
Los engullimientos hacen que la envoltura estelar se expanda y se contraiga, aunque no de forma monótona. Un caparazón de masa dado puede expandirse y contraerse varias veces durante el evento. Los investigadores dicen que el planeta se puede visualizar como una fuente de calor local en el caparazón y que la fuente se mueve hacia el centro de la estrella. Este movimiento y otras propiedades de la estrella crean expansiones y contracciones variadas.
Esta investigación está de acuerdo con investigaciones anteriores que muestran que la inmersión del planeta conduce a estallidos ópticos e infrarrojos en la luminosidad. El poder y la duración de estos estallidos están determinados en gran medida por la masa del planeta y la estrella, aunque pueden entrar en juego otros factores como la rotación. Los investigadores encontraron que para todas las estrellas RGB y para las estrellas AGB que envuelven planetas de hasta cinco masas de Júpiter, la estrella se ilumina considerablemente en solo unos pocos años.
Los resultados generales de los investigadores muestran que para ambos tipos de estrellas evolucionadas que envuelven un planeta en el lado inferior del rango, hasta tres masas de Júpiter, los cambios en la estructura estelar son leves a moderados. El brillo de la estrella aumenta hasta una magnitud en solo unos pocos años. Las estrellas más brillantes pueden experimentar un doble pico.
Para las estrellas en las últimas etapas de la AGB, el planeta engullido puede crear una gran perturbación en las capas exteriores de la estrella. Puede desencadenar una expansión supersónica de las capas exteriores de la estrella. En este caso, las estrellas pueden parecerse a Luminous Red Novae (LRN) ya que producen erupciones polvorientas, rojas y brillantes.
Independientemente del tipo de estrella, la masa del planeta y cómo responde la estrella al engullimiento, el destino del planeta es siempre el mismo: la interrupción de las mareas.
Este estudio tiene una aplicabilidad limitada a nuestro Sistema Solar. Nuestro Sol se convertirá en una gigante roja en unos pocos miles de millones de años, pero a menos que suceda algo extremadamente perturbador antes de eso, Júpiter está fuera de nuestro alcance. En cambio, los planetas rocosos interiores se enfrentan a ser engullidos.
Este estudio se basa en simulaciones en lugar de observaciones, pero las simulaciones podrían ayudar a los astrónomos a identificar el objeto real cuando sucede. Los hundimientos son eventos transitorios, y algunos telescopios y observatorios existentes y futuros se enfocan completamente en transitorios y astronomía en el dominio del tiempo. Cuando el Observatorio Vera Rubin entre en funcionamiento alrededor de agosto de 2024, detectará una multitud de eventos transitorios, algunos de los cuales serán estrellas evolucionadas que engullirán planetas de la masa de Júpiter.
Fuente:
https://phys.org/news/2023-05-ten-stars-ate-jupiter-sized-planet.html