Primer exoplaneta de su tipo detectado alrededor de una estrella muerta

Por primera vez, un gigante intacto exoplaneta ha sido descubierto orbitando cerca de un enano blanco estrella. Este descubrimiento muestra que es posible Júpiterplanetas de gran tamaño para sobrevivir a la desaparición de su estrella y establecerse en órbitas cercanas alrededor de la brasa estelar restante, cerca de la zona habitable. Esto predice un posible futuro para nuestro propio Sistema Solar cuando el Sol envejezca y se convierta en una enana blanca.

Los astrónomos han utilizado el Observatorio internacional Gemini, un programa del NOIRLab de NSF, y otros telescopios en todo el mundo y en el espacio para encontrar y caracterizar un planeta gigante, menos de 13,8 veces más masivo que Júpiter.^[1], orbitando una estrella enana blanca.^[2][3] La investigación se publica en la revista Naturaleza.

Este es el primer ejemplo de un planeta gigante intacto que orbita cerca de una estrella enana blanca, en este caso una brasa estelar particularmente fría y tenue conocida como WD 1856 + 534. “El descubrimiento fue una sorpresa”, según el autor principal Andrew Vanderburg, profesor asistente de la Universidad de Wisconsin-Madison. “Un ejemplo anterior de un sistema similar, donde se vio pasar un objeto frente a una enana blanca, mostró solo un campo de escombros de un asteroide en desintegración”.^[4]

Después de detectar el planeta con el TESS satélite, que lo observó en tránsito por su estrella enana blanca, el equipo aprovechó el tremendo poder de recolección de luz del espejo de 8,1 metros de Gemini North y utilizó el sensible espectrógrafo de infrarrojo cercano de Gemini (GNIRS) para realizar mediciones detalladas de la estrella enana blanca en luz infrarroja de Maunakea, Hawai’i. Las observaciones espectroscópicas capturaron la huella digital única de la estrella, pero no la del planeta ni los restos que rodean este sistema.^[5][6] “Debido a que no se detectaron restos del planeta flotando en la superficie de la estrella o rodeándola en un disco, podríamos inferir que el planeta está intacto”, dijo Siyi Xu, astrónomo asistente del Observatorio Gemini y uno de los investigadores detrás del descubrimiento.

“Estábamos usando el satélite TESS para buscar escombros en tránsito alrededor de enanas blancas y para tratar de comprender cómo ocurre el proceso de destrucción planetaria”, explica Vanderburg. “No esperábamos necesariamente encontrar un planeta que pareciera estar intacto”.

“Además, debido a que no detectamos ninguna luz del planeta en sí, incluso en el infrarrojo, nos dice que el planeta es extremadamente frío, entre los más fríos que hemos encontrado”.^[7] Xu agrega que el límite superior preciso de la temperatura del planeta fue medido por NASAEl telescopio espacial Spitzer será de 17 ° C (63 ° F), que es similar a la temperatura promedio de la Tierra.

“Hemos tenido evidencia indirecta de que existen planetas alrededor de enanas blancas y es sorprendente encontrar finalmente un planeta como este”, dijo Xu.^[8] Las enanas blancas son extremadamente densas y muy pequeñas, por lo que el exoplaneta es mucho más grande que su pequeña estrella madre, lo que hace que el sistema sea extremadamente inusual.

El sorprendente descubrimiento de este planeta, conocido como WD 1856b, plantea interesantes interrogantes sobre el destino de los planetas que orbitan estrellas destinadas a convertirse en enanas blancas (como nuestro Sol). De los miles de planetas fuera del Sistema Solar que los astrónomos han descubierto, la mayoría orbitan estrellas que eventualmente evolucionarán a gigantes rojas y luego a enanas blancas. Durante este proceso, cualquier planeta en órbitas cercanas será engullido por la estrella, un destino que WD 1856b de alguna manera logró evitar.

“Nuestro descubrimiento sugiere que WD 1856b debe haber orbitado originalmente lejos de la estrella, y luego de alguna manera viajó hacia adentro después de que la estrella se convirtió en una enana blanca”, dijo Vanderburg. “Ahora que sabemos que los planetas pueden sobrevivir al viaje sin ser destruidos por la gravedad de la enana blanca, podemos buscar otros planetas más pequeños”.

“El estudio de planetas en ubicaciones extremas nos está dando nuevas perspectivas sobre la historia y el destino de los miles de millones de mundos alrededor de otras estrellas”, dijo Martin Still, director del programa NSF para la asociación internacional del Observatorio Gemini. “La sensibilidad de Géminis fue fundamental para el seguimiento de la detección de este planeta basada en el espacio TESS, revelando una historia más completa del sistema exoplanetario”.

Este nuevo descubrimiento sugiere que los planetas pueden terminar en o cerca de la zona habitable de la enana blanca y potencialmente ser hospitalarios para la vida incluso después de que su estrella haya muerto. “Estamos planeando un trabajo futuro para estudiar la atmósfera de este planeta con Gemini North”, concluye Xu. “Cuanto más podamos aprender sobre planetas como WD 1856b, más podremos averiguar sobre el probable destino de nuestro propio Sistema Solar en unos 5 mil millones de años cuando el Sol se convierta en una enana blanca”.^[9]

Notas

[1] El límite superior de la masa del objeto es 13,8 masas de Júpiter. Esta masa está cerca de la línea divisoria que usan los astrónomos para distinguir entre un planeta y una enana marrón.

[2] Las enanas blancas son restos estelares comunes dejados por la muerte de estrellas de baja masa como el Sol. Aunque tienen una masa comparable a la del Sol, son aproximadamente del tamaño de la Tierra, lo que los hace increíblemente densos. Las enanas blancas no generan energía propia y brillan débilmente con la energía térmica sobrante, desvaneciéndose lentamente durante miles de millones de años.

[3] El descubrimiento de WD 1856b se basó en observaciones de instalaciones como Gemini North, el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, varios telescopios profesionales en todo el mundo y un puñado de telescopios de operación privada.

[4] Resultado informado por la NASA.

[5] La luz de una estrella se distribuye en muchas longitudes de onda, y no todas estas longitudes de onda irradian por igual. La distribución de la emisión en diferentes longitudes de onda constituye el espectro de emisión de una estrella, y las características de este espectro actúan como “huellas digitales” muy reconocibles. Cuando un planeta en órbita tira gravitacionalmente de una estrella, hace que la estrella se mueva y estas huellas digitales espectrales cambien ligeramente. Esta técnica se usa a menudo para recopilar información sobre exoplanetas, pero en el caso de WD 1856, el espectro estelar obtenido por Gemini North no mostró rasgos identificativos, ni “huellas digitales”, que muestren que el planeta en órbita está intacto.

[6] La primera “enana blanca contaminada”, una enana blanca con restos de planetas en su capa exterior, fue descubierta en 1917 por Adriaan van Maanen utilizando el telescopio de 60 pulgadas del observatorio Mount Wilson. La estrella se conoce como la estrella de van Maanen y tiene una historia de fondo interesante.

[7] El equipo estaba buscando a una longitud de onda de 4,5 micrones.

[8] En un resultado ampliamente informado el año pasado, un equipo que utilizó ESO Las instalaciones detectaron un disco de gas que orbitaba y se acrecía sobre una enana blanca. El gas parece tener una composición similar a la de Neptuno y Urano, por lo que se plantea la hipótesis de que el gas debe haber venido de tal planeta. El planeta en sí no fue detectado, solo los restos de gas.

[9] Este podría ser el destino final de la Tierra y los otros planetas rocosos del Sistema Solar. Cuando el Sol se expanda hasta convertirse en un gigante rojo, se hinchará y se volverá mucho más luminoso, carbonizando y luego envolviendo a Mercurio. Venusy posiblemente la Tierra. Sin embargo, no hay nada de qué preocuparse todavía: nuestro Sol está apenas a la mitad de su vida útil de 10 mil millones de años.

Referencia: “Un candidato a planeta gigante en tránsito por una enana blanca” 16 de septiembre de 2020, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-020-2713-y

El equipo estaba compuesto por Andrew Vanderburg (Universidad de Wisconsin-Madison y Universidad de Texas en Austin), Saul A. Rappaport (Instituto de Tecnología de Massachusetts), Siyi Xu (Observatorio NOIRLab / Gemini de NSF), Ian Crossfield (Universidad de Kansas), Juliette C. Becker (Instituto de Tecnología de California), Bruce Gary (Observatorio Hereford Arizona), Felipe Murgas (Instituto de Astrofísica de Canarias y Universidad de La Laguna), Simon Blouin (Laboratorio Nacional de Los Alamos), Thomas G. Kaye (Raemor Vista Observatorio y Universidad de Hong Kong), Enric Palle (Instituto de Astrofísica de Canarias y Universidad de La Laguna), Carl Melis (Universidad de California, San Diego), Brett Morris (Universidad de Berna), Laura Kreidberg (Instituto Max Planck de Astronomía y Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian), Varoujan Gorjian (Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA), Caroline V.Morley (Universidad de Texas en Austin), Andrew W. Mann (Universidad de Carolina del Norte) en Chapel Hill), Hannu Parviainen (Instituto de Astrofísica de Canarias y Universidad de La Laguna), Logan A. Pearce (Universidad de Arizona), Elisabeth R. Newton (Dartmouth College), Andreia Carrillo (Universidad de Texas en Austin), Ben Zuckerman (Universidad de California, Los Ángeles), Lorne Nelson (Universidad de Bishop), Greg Zeimann (Universidad de Texas en Austin), Warren R. Brown (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian), René Tronsgaard (Universidad Técnica de Dinamarca), Beth Klein (Universidad de California, Los Ángeles), George R. Ricker (Instituto de Tecnología de Massachusetts), Roland K. Vanderspek (Instituto de Tecnología de Massachusetts), David W. Latham (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian), Sara Seager ( METRO Instituto de Tecnología de Assachusetts), Joshua N. Winn (Universidad de Princeton), Jon M. Jenkins (Centro de Investigación Ames de la NASA), Fred C. Adams (Universidad de Michigan), Björn Benneke (Universidad de Montreal), David Berardo (Instituto de Tecnología de Massachusetts), Lars A. Buchhave (Universidad Técnica de Dinamarca) , Douglas A. Caldwell (Centro de Investigación Ames de la NASA e Instituto SETI), Jessie L. Christiansen (Instituto de Ciencias de Exoplanetas Caltech / IPAC-NASA), Karen A. Collins (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian), Knicole D. Colón (NASA) Goddard Space Flight Center), Tansu Daylan (Instituto de Tecnología de Massachusetts), John Doty (Noqsi Aerospace, Ltd.), Alexandra E. Doyle (Universidad de California, Los Ángeles), Diana Dragomir (Universidad de Nuevo México, Albuquerque), Courtney Vestirse (Universidad de California, Berkeley), Patrick Dufour (Université de Montréal), Akihiko Fukui (Instituto de Astrofísica de Canarias y The University of Tokyo), Ana Glidden (Massachusetts Institute of Technology), Natalia M. Guerrero (Massachusetts Institute of Technology), Xueying Guo (Massachusetts Institute de Tecnología), Kevin Heng (Universidad de Berna), Andreea I. Henriksen (Universidad Técnica de Dinamarca), Chelsea X. Huang (Instituto de Tecnología de Massachusetts), Lisa Kaltenegger (Universidad de Cornell), Stephen R. Kane (Universidad de California, Riverside), John A. Lewis (Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian), Jack J. Lissauer (Centro de Investigación Ames de la NASA), Farisa Morales (Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Moorpark College), Norio Narita (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Instituto de Astrofísica de Canarias y la Universidad de Tokio), Joshua Pepper (Universidad de Lehigh), Mark E. Rose (Centro de Investigación Ames de la NASA), Jeffrey C. Smith (Instituto SETI y Centro de Investigación Ames de la NASA) Keivan G. Stassun (Universidad de Vanderbilt y Universidad de Fisk), Liang Yu (Instituto de Tecnología de Massachusetts y ExxonMobil Upstream Integrated Solutions ).

El Laboratorio Nacional de Investigación de Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF (NOIRLab), el centro de EE. UU. Para la astronomía óptica infrarroja basada en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC-Canadá, ANID-Chile, MCTIC-Brasil, MINCyT-Argentina y KASI-República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro Comunitario de Ciencia y Datos (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin. Es administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar una investigación astronómica en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea en Hawai? I, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y reconocemos el papel cultural muy importante y la reverencia que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, la comunidad nativa de Hawai y las comunidades locales en Chile, respectivamente.