Aún no está claro qué sucede con los planetas de una estrella que alcanza dimensiones impresionantes al final de su vida. Todo lo que se encuentra a su alrededor está envuelto en sus capas exteriores de gas, y las fuerzas de marea pueden destrozar los cuerpos. Precisamente por eso resulta tan apasionante un estudio publicado a principios de 2024 por un equipo dirigido por Susan Mullally del Space Telescope Science Institute de Baltimore: los científicos informan del posible descubrimiento de gigantes gaseosos alrededor de dos enanas blancas. Esto podría cambiar nuestra comprensión de la vida de los planetas después de la muerte de su estrella anfitriona y permitirnos vislumbrar el futuro de nuestro sistema solar.
El camino hacia la enana blanca
Empecemos por el final, o por la muerte de una estrella. Una estrella con una masa máxima de ocho masas solares, que ha agotado el hidrógeno de su interior y fusiona helio en carbono y oxígeno en una capa alrededor del núcleo, se hincha hasta convertirse en una gigante roja. Durante esta expansión alcanza muchas veces su tamaño original. Las capas gaseosas exteriores se enfrían con el tiempo y el núcleo quemado permanece como una enana blanca, sin explosión estelar. Un objeto final tan compacto tiene aproximadamente la masa de nuestro Sol, aunque sólo tiene el tamaño de la Tierra.
Lo interesante es lo que les sucede a los planetas de una estrella cuando se expande. ¿Puede un planeta sobrevivir a un acontecimiento tan dramático? Si está demasiado cerca de la estrella central, es inevitable que sea devorado por la envoltura de gas de la estrella. Sin embargo, si la distancia es lo suficientemente grande, la muerte de la estrella no debería significar necesariamente el fin del planeta. En cambio, debería migrar más hacia afuera porque la expulsión de las capas exteriores de gas ha reducido la masa y, por tanto, la gravedad de la estrella. Sólo mediante la observación se puede demostrar si esta consideración teórica es correcta.
Metales peligrosos
Es posible que el equipo de investigación de Mullally haya logrado un primer avance. Para ello, evaluó datos del Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) del Telescopio Espacial James Webb (JWST). El equipo probablemente logró obtener una imagen directa de dos gigantes gaseosos que orbitan alrededor de enanas blancas llamadas WD 1202-232 y WD 2105-82, respectivamente. MIRI cuenta con un espectrógrafo y una cámara que cubren el rango entre 5 y 28 micrómetros, es decir, en el infrarrojo medio. Los sistemas estelares observados se encuentran aproximadamente a 34 y 53 años luz de distancia, en las constelaciones australes de Corvus y Octans.
Hasta ahora se han examinado más de 70.000 enanas blancas en los estudios, por lo que el equipo primero tuvo que limitar significativamente la búsqueda de planetas potenciales a su alrededor. Una posible característica de las compañeras es la atmósfera rica en metales de la enana blanca. Recordemos que en astrofísica se llama “metal” a cualquier elemento que no sea hidrógeno ni helio. Los investigadores sospechan que los exoplanetas son responsables del enriquecimiento de metales. El planeta superviviente podría utilizar su gravedad para alterar las órbitas de objetos más pequeños, como asteroides y cometas. Estos pequeños cuerpos luego caen más hacia la enana blanca, donde se desintegran debido a su fuerte atracción gravitacional y su material cae sobre el cadáver de la estrella, de modo que los metales se acumulan cada vez más en la atmósfera de la estrella. Alrededor del 25-50% de todas las enanas blancas observadas tienen características coincidentes en su espectro.
Búsqueda de supervivientes
Las enanas blancas estudiadas por Mullally y su equipo no sólo presentan atmósferas que contienen metales, sino que también son tan cercanas o tan jóvenes que posibles planetas pueden ser visibles en las imágenes MIRI. Cuanto más cerca esté un sistema de la Tierra, mayor será la resolución espacial de la imagen. Y cuanto más joven es la enana blanca, más caliente es, lo que aumenta el contraste con planetas bastante fríos en las observaciones infrarrojas. Al final, los investigadores seleccionaron cuatro especímenes que cumplían con estos criterios y encontraron dos.
Además de la enana blanca, en cada una de sus imágenes se puede ver un objeto parecido a un planeta (ver “Análisis refinado”). Una vez eliminada matemáticamente la radiación de la enana blanca, fue posible calcular la radiación térmica de los planetas sospechosos en cuatro longitudes de onda diferentes. Junto con la edad modelada de la enana blanca, el equipo dedujo la masa de su compañera. Los científicos también pudieron determinar el período orbital de los planetas y su distancia al resto de la estrella. WD 1202-232 b – la b indica el planeta más interno – tenía una masa entre una y siete masas de Júpiter, una distancia de 11,47 unidades astronómicas (AU) y un período orbital de unos 50 años. Una unidad astronómica es la distancia media entre la Tierra y el Sol, unos 150 millones de kilómetros. Durante la vida de la estrella, la distancia del planeta habría sido mucho menor, 5,3 AU. Para WD 2105-82 bi los valores son mayores: orbita su estrella una vez cada 243 años a una distancia de aproximadamente 34,62 AU, que antes era de 9,7 AU. Su masa de entre una y dos masas de Júpiter podría restringirse más estrictamente.
Análisis sofisticado
Las imágenes muestran las dos enanas blancas WD 1202-232 (fila superior) y WD 2105-82 (fila inferior) y sus posibles exoplanetas antes y después de un sofisticado procesamiento de imágenes. En la columna de la izquierda se puede ver la imagen original, que fue grabada con el instrumento MIRI del JWST a una longitud de onda de 15 micrómetros. Cuanto más oscuro es el color, mayor es la intensidad de la radiación. La enana blanca está en el centro, la posible compañera está marcada con una flecha roja. La columna del medio muestra la misma sección después de restar la radiación de la enana blanca utilizando una función de dispersión de puntos (PSF). Se trata de calcular cómo aparecería una fuente puntual en las imágenes y el patrón de difracción así determinado se resta de la imagen (véase SuW 6/2023, página 8). El método sólo funciona si la fuente de radiación es realmente puntual, como ocurre con las estrellas distantes. La posición de la enana blanca está marcada con una estrella azul con fines ilustrativos. En la columna de la derecha se ha restado la radiación compañera de la misma forma. El hecho de que se haya eliminado con la misma claridad indica que también se trata de un punto y no, por ejemplo, de un objeto de fondo ampliado. Las imágenes en otras tres longitudes de onda, analizadas por el equipo, proporcionan resultados comparables. La fuente de luz en la parte superior izquierda de la primera fila es una galaxia más distante.
Similitudes con el sistema solar.
A primera vista, todo parece obvio: los astrónomos han encontrado dos nuevos gigantes gaseosos alrededor de dos enanas blancas e incluso han analizado sus órbitas. Pero no es tan simple. En el estudio, el equipo hace el importante comentario de que este puede ser un descubrimiento falso positivo y que no encontraron exoplanetas en absoluto, sino algo más. El grupo sitúa esta probabilidad en 1:3000; Por lo tanto, existe una probabilidad de alrededor del 0,03% de que se trate de objetos de nuestro sistema de la Vía Láctea o de galaxias de fondo tan distantes que aparezcan como puntos en el cielo. Cuál es exactamente el caso sólo quedará claro mediante una mayor observación. Susan Mullally y su equipo quieren recopilar aún más datos con el JWST para estar seguros. Si fueran verdaderamente exoplanetas, serían los primeros compañeros observados directamente cuya edad, masa y distancia a la estrella central son comparables a las de los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar.
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