Captan por primera vez la caída de los restos de un planeta sobre una enana blanca

Un equipo de astrónomos de la Universidad de Warwick ha observado por primera vez el momento en que los escombros de los planetas destruidos impactan en la superficie de una estrella enana blanca. El equipo de Tim Cunningham ha utilizado rayos X para detectar el material rocoso y gaseoso que deja un sistema planetario después de que su estrella anfitriona muere al chocar y se consume dentro de la superficie de la estrella.

En un trabajo publicado este miércoles en la revista Nature, los investigadores muestran los resultados de la primera medición directa de la acumulación de material rocoso en una enana blanca y confirman décadas de evidencia indirecta de acumulación en más de mil estrellas hasta el momento. El evento observado ocurrió miles de millones de años después de la formación del sistema planetario.

El destino de la mayoría de las estrellas, incluidas aquellas como nuestro Sol, es convertirse en una enana blanca. Se han descubierto más de 300.000 estrellas enanas blancas en nuestra galaxia, y se cree que muchas acumulan los desechos de los planetas y otros objetos que una vez las orbitaron.

Durante varias décadas, los astrónomos han utilizado la espectroscopia en longitudes de onda ópticas y ultravioleta para medir la abundancia de elementos en la superficie de la estrella y calcular la composición del objeto del que proviene. Los astrónomos tienen evidencia indirecta de que estos objetos se acumulan activamente a partir de observaciones espectroscópicas, que muestran que entre el 25 y el 50 % de las enanas blancas tienen elementos pesados como el hierro, el calcio y el magnesio que contaminan sus atmósferas.

Sin embargo, hasta ahora, los astrónomos no habían visto el material cuando era atraído hacia la estrella.

“Finalmente hemos visto material entrando realmente en la atmósfera de la estrella”, explica Cunningham. “Es la primera vez que hemos podido derivar una tasa de acreción que no depende de modelos detallados de la atmósfera de la enana blanca. Lo que es bastante notable es que concuerda extremadamente bien con lo que se ha hecho antes”.

“Anteriormente, las mediciones de las tasas de acreción usaban espectroscopia y dependían de modelos de enanas blancas”, añade el investigador. “Estos son modelos numéricos que calculan cómo de rápido se hunde un elemento fuera de la atmósfera hacia la estrella, y eso te dice cuánto cae en la atmósfera como tasa de acreción. Luego puede trabajar hacia atrás y calcular cuánto elemento había en el cuerpo principal, ya sea un planeta, una luna o un asteroide”.

Salpicaduras de plasma

Una enana blanca es una estrella que ha quemado todo su combustible y se ha desprendido de sus capas exteriores, lo que podría destruir o perturbar cualquier cuerpo orbital en el proceso. A medida que el material de esos cuerpos es atraído hacia la estrella a una velocidad lo suficientemente alta, choca contra la superficie de la estrella, formando un plasma calentado por choque. Este plasma, con una temperatura entre 100.000 y un millón de grados Kelvin, luego se deposita en la superficie y, a medida que se enfría, emite rayos X que pueden detectarse.

Una enana blanca es una estrella que ha quemado todo su combustible y se ha desprendido de sus capas exteriores

Los rayos X son similares a la luz que nuestros ojos pueden ver, pero tienen mucha más energía. Son creados por electrones que se mueven muy rápido (las capas externas de los átomos, que forman toda la materia que nos rodea). Comúnmente conocidos por su uso en medicina, en astronomía los rayos X son la huella digital clave del material que llueve sobre objetos exóticos como agujeros negros y estrellas de neutrones.

Radiografía de una enana blanca

Detectar estos rayos X es un gran desafío, ya que la pequeña cantidad que llega a la Tierra puede perderse entre otras fuentes de rayos X brillantes en el cielo. Entonces, los astrónomos aprovecharon el Observatorio de rayos X Chandra, que normalmente se usa para detectar rayos X de agujeros negros y estrellas de neutrones que se acumulan, para analizar la cercana enana blanca G29–38.

Con la resolución angular mejorada de Chandra con respecto a otros telescopios, pudieron aislar la estrella objetivo de otras fuentes de rayos X y observar, por primera vez, los rayos X de una enana blanca aislada. Confirma décadas de observaciones de material que se acumula en enanas blancas que se han basado en la evidencia de la espectroscopia.

“Esta detección proporciona la primera evidencia directa de que las enanas blancas actualmente acumulan los restos de viejos sistemas planetarios”

“Lo que es realmente emocionante de este resultado es que estamos trabajando en una longitud de onda diferente, los rayos X, y eso nos permite probar un tipo de física completamente diferente”, concluye Cunningham.“Esta detección proporciona la primera evidencia directa de que las enanas blancas actualmente acumulan los restos de viejos sistemas planetarios. Sondear la acreción de esta manera proporciona una nueva técnica mediante la cual podemos estudiar estos sistemas, ofreciendo un vistazo al destino probable de los miles de sistemas exoplanetarios conocidos, incluido nuestro propio sistema solar”.

Referencia: A white dwarf accreting planetary material from X-ray observations (Nature) DOI: 10.1038/s41586-021-04300-w   https://www.nature.com/articles/s41586-021-04300-w