La agonía de una estrella ha interrumpido tan violentamente su sistema planetario que la estrella muerta remanente, llamada enana blanca, está extrayendo escombros tanto del interior como del exterior del sistema. Esta es la primera vez que los astrónomos observan una enana blanca consumiendo material rocoso-metálico y helado, que son los ingredientes que componían los planetas.
Los datos de archivo del telescopio espacial Hubble de la NASA y de otros observatorios de la NASA, fueron esenciales para diagnosticar este caso de canibalismo cósmico. Los hallazgos ayudan a describir la violenta naturaleza de los sistemas planetarios evolucionados y ofrecen información a los astrónomos sobre la composición de los sistemas cuando estaban recién formados.
Los hallazgos se basan en el análisis del material capturado por la atmósfera de la cercana estrella enana blanca G238-44. Una enana blanca es lo que queda de una estrella como nuestro Sol tras despojarse de sus capas exteriores, cuando deja de quemar combustible mediante la fusión nuclear. “Nunca hemos visto estos dos tipos de objetos acumularse en una enana blanca al mismo tiempo”, dijo Ted Johnson, el investigador principal y recién graduado de la Universidad de California, en Los Ángeles (UCLA). “Al estudiar estas enanas blancas, esperamos obtener más conocimientos de los sistemas planetarios que aún están intactos”.
Créditos de las ilustraciones: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI).
Los resultados también son intrigantes ya que se le atribuye a los pequeños objetos helados el hecho de chocar contra los planetas secos y rocosos de nuestro sistema solar e “irrigarlos”. Se cree que hace miles de millones de años los cometas y asteroides trajeron agua a la Tierra, provocando las condiciones necesarias para la vida tal y como la conocemos. “La composición de los cuerpos detectados precipitándose sobre la enana blanca implica que los depósitos de hielo podrían ser comunes entre los sistemas planetarios”, dijo Johnson.
“La vida tal como la conocemos requiere un planeta rocoso cubierto con una variedad de elementos como carbono, nitrógeno y oxígeno”, dijo Benjamin Zuckerman, profesor de UCLA y coautor. “La abundancia de los elementos que vemos en esta enana blanca parece requerir un cuerpo padre tanto rocoso como rico en volátiles, el primer ejemplo que hemos encontrado entre los cientos de estudios de enanas blancas”.
La gran destrucción
Las teorías de la evolución de los sistemas planetarios describen la transición entre las fases de una estrella gigante roja a una enana blanca como un proceso caótico. La estrella pierde rápidamente sus capas exteriores y las órbitas de sus planetas cambian drásticamente. Los objetos pequeños, como los asteroides y los planetas enanos, pueden acercarse demasiado a los planetas gigantes y caer en picado hacia la estrella. Este estudio confirma la verdadera escala de esta violenta fase caótica, mostrando que dentro de los 100 millones de años después del comienzo de su fase de enana blanca, la estrella es capaz de capturar y consumir simultáneamente material de su cinturón de asteroides y regiones similares al cinturón de Kuiper.
La estimación de la masa total finalmente engullida por la enana blanca en este estudio puede no ser más que la masa de un asteroide o una luna pequeña. Si bien la presencia de, al menos, dos objetos que consume la enana blanca no se mide directamente, es probable que uno sea rico en metales como un asteroide y otro sea un cuerpo helado similar al que se encuentra en la periferia de nuestro sistema solar en el cinturón de Kuiper.
Aunque los astrónomos han catalogado más de 5.000 exoplanetas, el único planeta del que tenemos algún conocimiento de su composición interior es la Tierra. El canibalismo de las enanas blancas brinda una oportunidad excepcional para ver de qué estaban hechos los planetas cuando se formaron inicialmente alrededor de la estrella.
El equipo midió la presencia de nitrógeno, oxígeno, magnesio, silicio y hierro, entre otros elementos. La detección de hierro en abundancia es una prueba que respalda la existencia de núcleos metálicos en planetas terrestres, como la Tierra, Venus, Marte y Mercurio. La inesperada gran abundancia de nitrógeno los llevó a concluir la presencia de cuerpos helados. “Lo que mejor se ajustaba a nuestros datos era una mezcla de casi dos a uno de material similar a Mercurio y material similar a un cometa, que está formado por hielo y polvo”, dijo Johnson. “El hierro metálico y el hielo de nitrógeno sugieren cada uno condiciones muy diferentes de formación planetaria. No se conoce ningún objeto del sistema solar con tanta cantidad de ambos”.
La muerte de un sistema planetario
Cuando una estrella como nuestro Sol se expande hasta convertirse en una gigante roja hinchada al final de su vida, pierde masa inflando sus capas exteriores. Una consecuencia de esto puede ser la dispersión gravitacional de objetos pequeños como asteroides, cometas y lunas de los planetas grandes restantes. Como pinballs en un juego de arcade, los objetos supervivientes pueden alcanzar órbitas muy excéntricas.
“Después de la fase de gigante roja, la estrella enana blanca que queda es compacta, no más grande que la Tierra. Los planetas descarriados terminan acercándose mucho a la estrella y experimentan poderosas fuerzas de marea que los disgregan, creando un disco gaseoso y polvoriento que acaba cayendo sobre la superficie de la enana blanca”, explicó Johnson.
Los investigadores están buscando el escenario final en la evolución del Sol, dentro de 5 mil millones de años. La Tierra podría vaporizarse por completo junto con los planetas interiores. Pero las órbitas de muchos de los asteroides en el cinturón principal de asteroides, serán perturbadas gravitacionalmente por Júpiter y caerán sobre la enana blanca en la que se convertirá el Sol remanente.
Durante más de dos años, el grupo de investigación de la UCLA, la Universidad de California en San Diego y la Universidad de Kiel en Alemania, ha trabajado para desentrañar este misterio mediante el análisis de los elementos detectados en la estrella enana blanca catalogada como G238-44. Su análisis incluye datos del ya retirado Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE) de la NASA, del High Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) del Observatorio Keck en Hawái, del Cosmic Origins Spectrograph (COS) del Telescopio Espacial Hubble y del Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS).
Los resultados del equipo se presentaron en una conferencia de prensa de la American Astronomical Society (AAS) el miércoles 15 de junio de 2022.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Goddard Space Flight Centerde la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Space Telescope Science Institute (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. El STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.
Edición: R. Castro.