Fragmentos de un planeta sobreviven a la destrucción de su estrella.

El futuro de nuestro sistema solar.

Representación artística de un fragmento planetario orbitando a la estrella SDSS J122859.93+104032.9, dejando una estela de gas tras él. Crédito: University of Warwick/Mark Garlick. Imagen en alta resolución: https://warwick.ac.uk/services/communications/medialibrary/images/march2019/disintegrating_planet.jpg.

Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y la Universidad de La Laguna (ULL) participan en el descubrimiento de los restos de un planeta dentro de un disco de escombros alrededor de una enana blanca. Su riqueza en metales pesados como el hierro y el níquel pudo ser lo que le ayudó a sobrevivir a la destrucción de su sistema planetario. Este trabajo, que hoy publica la revista Science, ofrece una pista sobre el desenlace de nuestro sistema solar, dentro de unos 6.000 millones de años.

Un grupo de astrónomos, liderado por la Universidad de Warwick y en el que participa personal investigador del IAC y la ULL, ha descubierto fragmentos de un planeta que ha sobrevivido a la muerte de su estrella, dentro de un disco de escombros formado por otros planetas destruidos que sirven de alimento al astro anfitrión.

Los restos de este planeta, rico en hierro y níquel, sobrevivieron a la destrucción de todo el sistema, que siguió a la muerte de su estrella anfitriona, SDSS J122859.93+104032.9. Se piensa que el planetesimal formó parte alguna vez de un planeta más grande. Su supervivencia es especialmente asombrosa ya que orbita muy cerca de su estrella, mucho más de lo que se creía posible, en una órbita de dos horas.

En este descubrimiento que hoy publica la revista Science es la primera vez que se ha usado la espectroscopía para descubrir un cuerpo sólido en órbita alrededor de una enana blanca. En concreto, se han utilizado las variaciones sutiles en la luz recibida de este sistema para identificar el material adicional que está siendo arrancado de la superficie del planetesimal.

Observaciones con el GTC.

El Gran Telescopio Canarias (GTC). Crédito: IAC.

A partir de las observaciones realizadas con el espectrógrafo OSIRIS del Gran Telescopio Canarias (GTC), instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), el equipo estudió un disco de escombros que orbita a una enana blanca a 410 años luz de distancia de la Tierra. Este disco está formado por cuerpos rocosos compuestos de hierro, magnesio, silicio y oxígeno, los cuatro bloques clave en la construcción de nuestro planeta y la mayoría de los cuerpos rocosos. Dentro de ese disco descubrieron un anillo de gas que fluía de un cuerpo sólido, como si se tratase de la cola de un cometa. Este gas puede estar generado por el propio cuerpo o por la evaporación del polvo al chocar con pequeños residuos dentro del disco.

Los astrónomos estiman que este cuerpo debe de tener un tamaño de al menos un kilómetro, aunque podría alcanzar unos pocos cientos de kilómetros de diámetro, comparándose con algunos de los asteroides más grandes conocidos en el Sistema Solar.

Las enanas blancas son los cadáveres de estrellas como nuestro sol que han quemado todo su combustible y se han desprendido de sus capas exteriores, dejando atrás un denso núcleo que se enfría lentamente. Este es el caso de la estrella anfitriona de este sistema, que se ha encogido tanto que el planetesimal orbita dentro del radio original de su sol. Los datos del estudio sugieren que estos fragmentos fueron parte de un cuerpo más grande en su sistema solar y, probablemente, se trata de un planeta pulverizado cuando la estrella comenzó su proceso de enfriamiento.

El autor principal de este artículo es Christopher Manser, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Warwick. "La estrella habría tenido originalmente alrededor de dos masas solares, pero ahora la enana blanca representa sólo el 70% de la masa de nuestro Sol. También es muy pequeña, aproximadamente del tamaño de la Tierra, y esto hace que la estrella, al igual que todas las enanas blancas, sea extremadamente densa”, explica este investigador.

La gravedad de la enana blanca es de cerca de 100.000 veces la de la Tierra. Esto significa que un asteroide típico sería destruido por sus fuerzas gravitacionales si pasase demasiado cerca de ella.

El profesor Boris Gänsicke, coautor del estudio y también investigador del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, comenta: "El planetesimal que hemos descubierto está en lo profundo del pozo gravitacional de la enana blanca, mucho más cerca de donde esperábamos encontrar algo. Esto solo es posible porque es muy denso o porque tiene una fuerza interna que lo mantiene unido. Por eso proponemos que está compuesto en gran medida de hierro y níquel”. Y añade: "Si fuera hierro puro podría sobrevivir donde se encuentra ahora, pero igualmente podría tratarse de un cuerpo rico en hierro con una gran fuerza interna para mantenerlo unido, lo que coincide con el hecho de que el planetesimal sea un fragmento muy denso del núcleo de un planeta. Si esto es correcto, el cuerpo original habría tenido cientos de kilómetros de diámetro".

El futuro del Sistema Solar.

El sistema solar. Crédito: NASA

Este descubrimiento proporciona pistas sobre qué planetas pueden residir en otros sistemas solares y abre una ventana para mirar al futuro de los nuestros.

"A medida que las estrellas envejecen –aclara Manser–, se convierten en gigantes rojas, que 'limpian' gran parte de la zona interna de su sistema planetario. En nuestro Sistema Solar, el Sol se expandirá hasta la órbita de la Tierra y arrasará con nuestro planeta, Mercurio y Venus. Marte y el resto de los planetas que están más alejados sobrevivirán y se desplazarán hacia afuera”.

Las teorías actuales predicen que dentro de 5 o 6 mil millones de años nuestro sistema solar tendrá una enana blanca en lugar del Sol, orbitada por Marte, Júpiter, Saturno y los planetas exteriores, así como asteroides y cometas. Es probable que ocurran interacciones gravitacionales en esta nueva configuración de nuestro sistema planetario, lo que significa que los planetas más grandes pueden empujar a los cuerpos más pequeños hacia una órbita que los acerque a la enana blanca, donde serían destruidos por su enorme gravedad. 

Pablo Rodríguez Gil, investigador del IAC/ULL y coautor del trabajo, apunta que “este planetesimal es el segundo encontrado orbitando alrededor de una enana blanca muy cerca de ella. El anterior se localizó con el ‘método del tránsito’ porque los restos pasaban frente a la estrella y bloqueaban parte de su luz. Esta técnica se utiliza habitualmente para descubrir exoplanetas alrededor de estrellas similares al Sol”. “Para encontrar tales tránsitos –precisa Rodríguez Gil– tiene que darse una alineación casi perfecta entre el plano del disco de escombros y nuestra línea de visión. Como esto no ocurre con frecuencia, se ha de observar un gran número de enanas blancas para dar con la geometría adecuada”.

Paula Izquierdo Sánchez, estudiante de doctorado del IAC/ULL y también coautora del artículo, resalta el papel fundamental que han jugado GTC y sus instrumentos en el estudio de estos sistemas. “El equipo ––añade­­–– continuará estudiando otros sistemas con discos de escombros muy similares al de SDSS J122859.93+104032.9 para encontrar otros planetesimales orbitando enanas blancas, lo que nos permitirá recabar valiosa información sobre sus propiedades”.

Artículo: Christopher J. Manser et al. “A planetesimal orbiting within the debris disc around a white dwarf star”, Science. 05 Apr 2019: Vol. 364, Issue 6435, pp. 66-69 DOI: 10.1126/science.aat5330

Contacto en el IAC/ULL:

Pablo Rodríguez Gil (prguez@iac.es)

Paula Izquierdo Sánchez (paula.izquierdo@iac.es)

• Publicado en el IAC el 5 de marzo del 2.019, enlace publicación.