Arvit: 19:15
Shajarit: 9:00
Minja: 18:15
Un sistema celeste binario recientemente descubierto puede mejorar nuestra comprensión de la evolución de planetas y estrellas en condiciones extremas.
La búsqueda de exoplanetas, planetas que orbitan estrellas ubicadas más allá de los límites de nuestro sistema solar, es un tema candente en astrofísica. De los diversos tipos de exoplanetas, uno es caliente en el sentido literal: los Júpiter calientes, una clase de exoplanetas que son físicamente similares al planeta gigante gaseoso Júpiter de nuestro vecindario. A diferencia de "nuestro" Júpiter, los Júpiter calientes orbitan muy cerca de sus estrellas, completan una órbita completa en tan solo unos días o incluso horas y, como sugiere su nombre, tienen temperaturas superficiales extremadamente altas. Tienen una gran fascinación para la comunidad astrofísica. Sin embargo, son difíciles de estudiar porque el resplandor de la estrella cercana los hace difíciles de detectar.
Ahora, en un estudio publicado hoy en Nature Astronomy, los científicos informan del descubrimiento de un sistema que consta de dos cuerpos celestes, ubicados a unos 1.400 años luz de distancia, que, juntos, ofrecen una excelente oportunidad para estudiar las atmósferas calientes de Júpiter, así como para avanzar nuestra comprensión de la evolución planetaria y estelar. El descubrimiento de este sistema binario, el más extremo de su tipo conocido hasta ahora en términos de temperatura, se realizó a través del análisis de datos espectroscópicos recopilados por el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en Chile.
"Hemos identificado un objeto similar a Júpiter caliente que orbita una estrella que es el más caliente jamás encontrado, unos 2.000 grados más caliente que la superficie del Sol", dice la autora principal del estudio, la Dra. Na'ama Hallakoun, becaria postdoctoral asociada con el equipo del Dr. Sagi Ben-Ami en el Departamento de Física de Partículas y Astrofísica del Instituto de Ciencias Weizmann. Añade que, a diferencia de los planetas calientes de Júpiter oscurecidos por el resplandor, es posible ver y estudiar este objeto porque es muy grande en comparación con la estrella anfitriona que orbita, que es 10.000 veces más débil que una estrella normal. "Esto lo convierte en un laboratorio perfecto para futuros estudios de las condiciones extremas de los Júpiter calientes", dice.
Una extensión de la investigación que realizó en 2017 con el Prof. Dan Maoz, su asesor de doctorado en la Universidad de Tel Aviv, el nuevo descubrimiento de Hallakoun puede permitir obtener una comprensión más clara de los Júpiter calientes, así como de la evolución de las estrellas en sistemas binarios.
Enana marrón masiva con una orientación "similar a la Luna"
El sistema binario que Hallakoun y sus colegas descubrieron involucra dos objetos celestes que se llaman "enanos", pero que son de naturaleza muy diferente. Una es una "enana blanca", el remanente de una estrella similar al Sol después de haber agotado su combustible nuclear. La otra parte del par, no un planeta o una estrella, es una "enana marrón", un miembro de una clase de objetos que tienen una masa entre la de un gigante gaseoso como Júpiter y una estrella pequeña.
Las enanas marrones a veces se denominan estrellas fallidas porque no son lo suficientemente masivas como para impulsar las reacciones de fusión de hidrógeno. Sin embargo, a diferencia de los planetas gigantes gaseosos, las enanas marrones son lo suficientemente masivas como para sobrevivir a la "atracción" de sus compañeros estelares.
"La gravedad de las estrellas puede hacer que los objetos que se acercan demasiado se rompan, pero esta enana marrón es densa, con 80 veces la masa de Júpiter comprimida en el tamaño de Júpiter", dice Hallakoun. "Esto le permite sobrevivir intacto y formar un sistema binario estable".
Cuando un planeta orbita muy cerca de su estrella, las fuerzas diferenciales de la gravedad que actúan en el lado cercano y lejano del planeta pueden hacer que los períodos orbitales y de rotación del planeta se sincronicen. Este fenómeno, llamado "bloqueo de marea", bloquea permanentemente un lado del planeta en una posición que mira hacia la estrella, de manera similar a como la Luna de la Tierra siempre mira hacia la Tierra, mientras que su llamado "lado oscuro" permanece fuera de la vista. El bloqueo de marea conduce a diferencias de temperatura extremas entre el hemisferio del "lado diurno" bombardeado por la radiación estelar directa y el otro hemisferio "lado nocturno", que mira hacia afuera, que recibe una cantidad mucho menor de radiación.
La intensa radiación de sus estrellas provoca temperaturas superficiales extremadamente altas de los Júpiter calientes, y los cálculos que Hallakoun y sus colegas hicieron sobre el sistema emparejado de enana blanca y enana marrón muestran cuán calientes pueden llegar a ser las cosas. Al analizar el brillo de la luz emitida por el sistema, pudieron determinar la temperatura de la superficie de la enana marrón en órbita en ambos hemisferios. Descubrieron que el lado diurno tiene una temperatura de entre 7250 y 9800 Kelvin (alrededor de 7000 y 9500 Celsius), que es tan caliente como una estrella tipo A (estrellas similares al Sol que pueden tener el doble de masa que el Sol) y más caliente. que cualquier planeta gigante conocido. La temperatura del lado nocturno, por otro lado, está entre 1300 y 3000 Kelvin (alrededor de 1000 y 2700 Celsius), lo que resulta en una diferencia de temperatura extrema de alrededor de 6000 grados entre los dos hemisferios.
Un raro vistazo a una región inexplorada
Hallakoun dice que el sistema que ella y sus colegas descubrieron ofrece una ooportunidad de estudiar el efecto de la radiación ultravioleta extrema en las atmósferas planetarias. Dicha radiación juega un papel importante en una variedad de entornos astrofísicos, desde las regiones de formación de estrellas, pasando por los discos de gas primordiales a partir de los cuales se forman los planetas alrededor de las estrellas, hasta las atmósferas de los propios planetas. Esta intensa radiación, que puede provocar la evaporación de gases y la ruptura de moléculas, puede tener un impacto significativo tanto en la evolución estelar como planetaria. Pero eso no es todo.
"Apenas un millón de años desde la formación de la enana blanca en este sistema, una cantidad minúscula de tiempo en la escala astronómica, hemos tenido una rara visión de los primeros días de este tipo de sistema binario compacto", dice Hallakoun. Agrega que, si bien la evolución de las estrellas individuales es bastante conocida, la evolución de los sistemas binarios que interactúan aún no se comprende bien.
“Los Júpiter calientes son la antítesis de los planetas habitables: son lugares dramáticamente inhóspitos para la vida”, dice Hallakoun. “Las futuras observaciones espectroscópicas de alta resolución de este sistema caliente similar a Júpiter, idealmente hechas con el nuevo Telescopio Espacial James Webb de la NASA, pueden revelar cómo las condiciones calientes y altamente irradiadas impactan la estructura atmosférica, algo que podría ayudarnos a comprender los exoplanetas en otras partes del universo”.
Los participantes del estudio también incluyeron al Prof. Dan Maoz de la Universidad de Tel Aviv; la Dra. Alina G. Istrate y el Prof. Gijs Nelemans de la Universidad de Radboud, Países Bajos; Prof. Carles Badenes de la Universidad de Pittsburgh; el Dr. Elmé Breedt de la Universidad de Cambridge; el Prof. Boris T. Gänsike y el difunto Prof. Thomas R. Marsh de la Universidad de Warwick; Prof. Saurabh W. Jha de la Universidad de Rutgers; el Prof. Bruno Leibundgut y el Dr. Ferdinando Patat del Observatorio Europeo Austral; el Dr. Filippo Mannucci del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF); y el Prof. Alberto Rebassa-Mansergas de la Universidad Politécnica de Cataluña.
La investigación de la Dra. Sagi Ben-Ami cuenta con el apoyo del Premio Peter y Patricia Gruber; la Fundación Azrieli; el Instituto André Deloro de Investigaciones Avanzadas en el Espacio y la Óptica; y el Instituto de Liderazgo de la Familia Willner para el Instituto de Ciencias Weizmann.
El Dr. Ben-Ami es el titular de la Cátedra de Desarrollo de Carrera Aryeh e Ido Dissentshik.
