noirlab2023es — Comunicado científico

Una Enana Blanca con un Inesperado Compañero Planetario

Astrónomos detectan el primer exoplaneta de su tipo orbitando una estrella muerta.

15 Septiembre 2020

Por primera vez, los astrónomos descubrieron un exoplaneta gigante intacto orbitando muy cerca de una estrella enana blanca, demostrando que es posible que planetas del tamaño de Júpiter sobrevivan a la desaparición de su estrella y se establezcan en órbitas cercanas alrededor de los remanentes de su estrella madre, cerca de la zona habitable del sistema. El hallazgo predice un posible futuro para nuestro Sistema Solar, cuando el Sol se convierta en una enana blanca.

Los astrónomos utilizaron el telescopio Gemini Norte un programa de Observatorio AURA y NOIRLab de NSF, además de otros telescopios en el mundo y también situados en el espacio, para encontrar y caracterizar a este planeta gigante, menos de 13,8 veces menos masivo que Júpiter [1], orbitando una estrella enana blanca [2][3]. La investigación fue publicada en la revista Nature.

Este es el primer ejemplo de un planeta gigante intacto orbitando cerca de una estrella enana blanca — en este caso una particular estrella fría y tenue conocida como WD 1856+534. Según el autor principal de la investigación, el profesor asistente de la Universidad de Wisconsin-Madison Andrew Vanderburg. “El descubrimiento fue algo sorprendente, ya que 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]

Luego de detectar el planeta con el satélite TESS, que observó su tránsito por la estrella enana blanca, el equipo aprovechó el tremendo poder colector de luz del espejo de 8,1 metros de Gemini Norte, y utilizó el sensible Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Gemini (GNIRS por sus siglas en inglés) para realizar mediciones detalladas de la enana blanca en luz infrarroja desde Maunakea, en Hawai‘i. Las observaciones espectroscópicas capturaron la huella particular de la estrella, pero no la del planeta o 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", explicó 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 la enana blanca, y tratando de comprender cómo ocurre el proceso de destrucción planetaria, pero no estábamos necesariamente esperando encontrar un planeta que pareciera estar intacto”, explicó Vanderburg.

“Además, como no detectamos luz desde el planeta, ni siquiera en el infrarrojo, eso nos dice que el planeta es extremadamente frío, entre los más fríos que hemos encontrado” [7]. Xu agrega que la temperatura precisa del límite superior del planeta fue calculada por el Telescopio Espeacial Spitzer de la Nasa en 17 °C (63 °F), lo que similar a la temperatura promedio de la Tierra.

“Tenemos evidencia indirecta que los planetas existen alrededor de las enanas blancas y es sorprendente hallar un planeta como este, finalmente”, expresó Xu [8]. Las enanas blancas son extremadamente densas y muy pequeñas, pero el exoplaneta encontrado es mucho más grande que su estrella madre, haciendo de este sistema algo extremadamente inusual.

El sorprendente descubrimiento de este planeta, conocido como WD1856b, plantea interesantes preguntas sobre el destino de los planetas orbitando estrellas que están 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 órbita estrellas que eventualmente evolucionaron a ser gigantes rojas y luego enanas blancas. Durante este proceso, cualquier planeta en órbita cercana será envuelta por la estrella, un destino que de alguna manera WD 1856b de alguna manera logró evitar.

“Nuestro descubrimiento sugiere que WD 1856b debe haber orbitado originalmente lejos de la estrella, y después de alguna manera viajó hacia adentro después de que la estrella se convirtió en una enana blanca”, señaló 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", señaló Martin Still, director del programa Gemini para la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF). "La sensibilidad de Gemini fue fundamental en el seguimiento de TESS en su detección espacial de este planeta, 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 Norte", 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]

“Este hallazgo es un avance importante y abre una ventana hacia una nueva área de investigación astronómica. Con la nueva generación de telescopios que se instalarán principalmente en Chile contaremos con más herramientas para seguir investigando estos temas y generando ciencia de primer nivel”, señaló el Director del Observatorio AURA en Chile, Dr. Mario Hamuy.

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 remanentes estelares comunes que han sido dejados atrás 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 Norte, el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS por sus siglas en inglés) de la NASA, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, varios telescopios profesionales alrededor del mundo y un puñado de telescopios operados de manera privada.

[4] Resultado reportado 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 que 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 Norte 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 divulgado el año pasado, un equipo que utilizó las instalaciones de ESO detectó un disco de gas que orbitaba y se extendía 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 un planeta así. El planeta en sí no fue detectado, sólo los restos de gas.

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

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo A Giant Planet Candidate Transiting a White Dwarf que fue publicada en la revista Nature

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

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, 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 de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está 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 investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.