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Astrónomos detectan planeta en ruta de colisión con su estrella

La inminente desaparición de Kepler-1658b mientras orbita su estrella envejecida ofrece una oportunidad para que los científicos obtengan información sobre el destino de otros planetas y sus sistemas solares en evolución.

Los astrónomos han hecho un descubrimiento innovador de un exoplaneta cuya órbita se está deteriorando a medida que orbita una estrella envejecida. El planeta condenado, descubierto por primera vez por el telescopio espacial Kepler, está en curso de colisión con su estrella en expansión, lo que finalmente lleva a su destrucción.


El descubrimiento de un exoplaneta cuya órbita está decayendo a medida que orbita una estrella envejecida proporciona una nueva comprensión del proceso gradual de desintegración orbital planetaria al ofrecer la primera visión de un sistema solar en sus etapas finales. Se cree que el destino de ser consumido por una estrella es el destino final de muchos planetas, incluida la Tierra en unos 5 mil millones de años. Según los científicos, al exoplaneta Kepler-1568b le quedan menos de 3 millones de años antes de que se encuentre con su desaparición.

“Hemos tenido teóricos que predicen el destino de las estrellas y sus planetas durante décadas, pero nunca antes habíamos tenido observaciones para probarlos”, dijo Ashley Chontos, becaria postdoctoral Henry Norris Russell en Astrofísica en Princeton. “También podemos pensar en esto en términos de nuestro propio sistema solar. ¿Cuánto tiempo sobrevivirá la Tierra una vez que el sol fusione todo su hidrógeno en helio? Tenemos algunas ideas, pero en última instancia es difícil decirlo con certeza. Estos sistemas de un solo planeta son realmente importantes para ayudar a anclar estas diferentes teorías”.

Chontos es el segundo autor de un nuevo estudio en el Astrophysical Journal Letters que describe las observaciones de los investigadores del exoplaneta condenado.

El primer autor es Shreyas Vissapragada, becario 51 Pegasi b en la Universidad de Harvard y la Institución Smithsonian. “Hemos detectado previamente evidencia de exoplanetas en espiral hacia sus estrellas, pero nunca antes habíamos visto un planeta alrededor de una estrella evolucionada”, dijo.

Para estrellas similares al sol, “evolucionado” se refiere a aquellas que han fusionado todo su hidrógeno en helio y han pasado a la siguiente etapa de su vida. En este caso, la estrella ha comenzado a expandirse en una subgigante. “La teoría predice que las estrellas evolucionadas son muy efectivas para extraer energía de las órbitas de sus planetas, y ahora podemos probar esas teorías con observaciones”, dijo Vissapragada.

El desafortunado exoplaneta se designa Kepler-1658b. Como su nombre lo indica, los astrónomos lo descubrieron con el telescopio espacial Kepler, una misión pionera de caza de planetas que se lanzó en 2009. Este mundo fue el primer nuevo candidato a exoplaneta que Kepler observó, momento en el que fue apodado KOI 4.01, el 4º Objeto de Interés identificado por Kepler. (Los KOI 1, 2 y 3 habían sido identificados antes del lanzamiento de Kepler).

Al principio, KOI 4.01 fue descartado como un falso positivo. Pasaría una década antes de que Chontos, observando las ondas sísmicas que se movían a través de su estrella, se diera cuenta de que la razón por la que los datos no se ajustaban al modelo era que los científicos pensaban que estaban modelando un objeto del tamaño de Neptuno alrededor de una estrella del tamaño del Sol. Chontos y sus colegas demostraron que este planeta y su estrella son mucho más grandes de lo que se predijo inicialmente, momento en el que el objeto entró oficialmente en el catálogo de Kepler como la entrada 1658.

Kepler-1658b es un llamado Júpiter caliente, el apodo dado a los exoplanetas a la par con la masa y el tamaño de Júpiter, pero en órbitas ultra cercanas sobre sus estrellas anfitrionas. Para Kepler-1658b, esa distancia es simplemente una octava parte del espacio entre nuestro sol y su planeta en órbita más estrecho, Mercurio. Y a diferencia de la órbita de 88 días de Mercurio, Kepler-1658b gira alrededor de su estrella en solo 3,8 días.

Para los Júpiter calientes y otros planetas muy cerca de sus estrellas, la desintegración orbital y la colisión parecen inevitables. Pero medir cómo los exoplanetas circulan por los desagües de sus estrellas anfitrionas ha demostrado ser un desafío porque el proceso es insoportablemente gradual. En el caso de Kepler-1658b, el nuevo estudio informa que su período orbital está disminuyendo a unos 131 milisegundos (milésimas de segundo) por año.

Detectar esta disminución requirió muchos años de cuidadosa observación. El reloj comenzó con Kepler y luego fue recogido por el Telescopio Hale del Observatorio Palomar en el sur de California y finalmente por el Telescopio de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito, o TESS, que se lanzó en 2018. Los tres instrumentos capturaron tránsitos, el término para cuando un exoplaneta cruza la cara de su estrella y causa un ligero oscurecimiento del brillo de la estrella. En los últimos 13 años, el intervalo entre los tránsitos de Kepler-1658b ha disminuido ligera pero constantemente.

¿Por qué? El mismo fenómeno es responsable del aumento y descenso diario de los océanos de la Tierra: las mareas.

Las mareas son generadas por cuando los cuerpos en órbita tiran unos de otros, ya sea la Tierra y la Luna o Kepler-1658b y su estrella. Ambos cuerpos ejercen tirones gravitacionales el uno sobre el otro, pero el cuerpo más grande siempre gana, lo que significa que el cuerpo más pequeño se flexiona más.

El tirón distorsiona la forma de cada cuerpo, y a medida que el planeta y la estrella responden a estos cambios, se libera energía. Dependiendo de las distancias entre ellos, sus tamaños y sus tasas de rotación, estas interacciones de marea pueden resultar en cuerpos que se empujan entre sí, el caso de la Tierra y la Luna que gira lentamente hacia afuera, o hacia adentro, como con Kepler-1658b hacia su estrella.

Todavía hay mucho que los investigadores no entienden sobre estas dinámicas, particularmente en escenarios estrella-planeta, por lo que los astrofísicos están ansiosos por aprender más del sistema Kepler-1658.

Chontos, quien llegó a Princeton hace solo unos meses, dijo que espera discutir sus hallazgos con los teóricos y otros astrofísicos aquí.

“Soy un estudiante no tradicional de primera generación”, dijo Chontos. “No solicité a Princeton para la licenciatura o la escuela de posgrado, porque tenía esta visión en mi cabeza de cómo sería la gente, y no podría haber estado más equivocado, de la mejor manera posible. Están haciendo todo bien. Hay una razón por la cual nuestro departamento tiene algo así como 60 postdoctorados. Y a la hora del café y los coloquios, tengo la oportunidad de hablar con las personas que escribieron los trabajos teóricos que me inspiran”.

La estrella de Kepler-1658b ha evolucionado hasta el punto en su ciclo de vida estelar en el que ha comenzado a expandirse, tal como se espera que lo haga nuestro sol, y ha entrado en lo que los astrónomos llaman una fase subgigante. Los teóricos han predicho que la estructura interna de las estrellas evolucionadas debería conducir más fácilmente a la disipación de la energía de marea tomada de las órbitas de los planetas alojados en comparación con las estrellas ricas en hidrógeno como nuestro Sol. Esto aceleraría el proceso de desintegración orbital, facilitando el estudio en escalas de tiempo humanas.

“Aunque físicamente, el sistema de este exoplaneta es muy diferente a nuestro sistema solar, nuestro hogar, todavía puede decirnos mucho sobre la eficiencia de estos procesos de disipación de marea y cuánto tiempo pueden sobrevivir estos planetas”, dijo Chontos.

Kepler-1658b tiene unos 2.1 millones de años y está en el último 3% de su vida, dijo. Ella y sus colegas predicen que el planeta colisionará con su estrella en unos millones de años.

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Exoplaneta descubierto en espiral hasta la destrucción final alrededor de una estrella envejecida.

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Referencia: “The Possible Tidal Demise of Kepler’s First Planetary System” por Shreyas Vissapragada, Ashley Chontos, Michael Greklek-McKeon, Heather A. Knutson, Fei Dai, Jorge Pérez González, Sam Grunblatt, Daniel Huber y Nicholas Saunders, 19 de diciembre de 2022, The Astrophysical Journal Letters. DOI: 10.3847/2041-8213/aca47e El estudio fue financiado por la Dirección de Misiones Científicas y la Dirección de Misiones Científicas de la NASA.

Crédito imagen de la portada: Gabriel Pérez Díaz/Instituto de Astrofísica de Canarias

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