Astrónomo de la universidad de la sede de Santa Cruz descubre proceso cósmico oculto en las estrellas


Cuando nuestro sol agote el combustible de hidrógeno en su núcleo dentro de unos 5 mil millones de años, se expandirá para convertirse en una gigante roja, engullendo los planetas interiores. La dinámica y los posibles resultados de la inmersión planetaria son poco conocidos, pero se cree que es un destino relativamente común para los sistemas planetarios.

Un nuevo estudio que utiliza simulaciones hidrodinámicas revela las fuerzas que actúan sobre un planeta cuando es tragado por una estrella en expansión. Los resultados muestran que las interacciones de un cuerpo subestelar (un planeta o una enana marrón) con el gas caliente en la envoltura exterior de una estrella similar al Sol pueden conducir a una variedad de resultados según el tamaño del objeto engullido y la etapa de la evolución de la estrella.

En este esquema de inmersión planetaria, la imagen de la izquierda muestra un planeta dentro de una estrella gigante, con su trayectoria de descomposición orbital como una línea discontinua. La imagen de la derecha muestra la densidad y la velocidad en una simulación del flujo cerca del planeta. Crédito: Ricardo Yarza et al.

El autor principal, Ricardo Yarza, de la Universidad de California, Santa Cruz, presentará los nuevos hallazgos el 13 de junio de 2022 en la 240.ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en Pasadena.

«Las estrellas evolucionadas pueden ser cientos o incluso miles de veces más grandes que sus planetas, y esta disparidad de escalas dificulta la realización de simulaciones que modelen con precisión los procesos físicos que ocurren en cada escala», dijo Yarza, estudiante de posgrado en astronomía y astrofísica en la UCSC. «En cambio, simulamos una pequeña sección de la estrella centrada en el planeta para comprender el flujo alrededor del planeta y medir las fuerzas de arrastre que actúan sobre él».

Los resultados pueden ayudar a explicar las observaciones recientes de planetas y enanas marrones que orbitan de cerca remanentes estelares, como enanas blancas y subenanas. Estudios previos han sugerido que estos sistemas pueden ser el resultado final de un proceso de engullimiento planetario que implica la reducción de la órbita del cuerpo engullido y la expulsión de las capas exteriores de la estrella.

«A medida que el planeta viaja dentro de la estrella, las fuerzas de arrastre transfieren energía del planeta a la estrella, y la envoltura estelar puede desatarse si la energía transferida excede su energía vinculante», explicó Yarza.

Según los cálculos de Yarza y sus colegas, ningún cuerpo subestelar con una masa inferior a 100 veces la de Júpiter puede expulsar la envoltura de una estrella similar al Sol antes de que se haya expandido a unas 10 veces el radio del sol. Sin embargo, en etapas posteriores de la evolución y expansión estelar, la envoltura estelar podría ser expulsada por un objeto tan pequeño como diez veces la masa de Júpiter, lo que reduciría su órbita en varios órdenes de magnitud en el proceso.

El estudio también encontró que la inmersión planetaria puede aumentar la luminosidad de una estrella similar al Sol en varios órdenes de magnitud durante varios miles de años, según la masa del objeto sumergido y la etapa evolutiva de la estrella.

El marco proporcionado por este estudio se puede incorporar en trabajos futuros para explorar el efecto de la inmersión en la estructura de la estrella. «Nuestro trabajo puede informar simulaciones de inmersión planetaria a la escala de la estrella al proporcionar una imagen de referencia precisa de la física a la escala del planeta», dijo Yarza.

Los programas de búsqueda de exoplanetas han descrito ahora una gran variedad de sistemas planetarios. A medida que estos sistemas evolucionan, es probable que una fracción significativa sufra una inmersión planetaria. «Creemos que es relativamente común», dijo Yarza.

Se ha enviado un artículo sobre los nuevos hallazgos para su publicación en el Astrophysical Journal. Los autores principales del artículo son Enrico Ramirez-Ruiz, profesor de astronomía y astrofísica, y Dongwook Lee, profesor asociado de matemáticas aplicadas, ambos en UC Santa Cruz.

Ramírez-Ruiz dijo que estaba impresionado por el trabajo de Yarza en este proyecto. «Hay muchos ingredientes para el éxito en los niveles más altos de la investigación astrofísica, incluida la creatividad, el paladar en la selección de preguntas clave, la fuerza y la variedad de conocimientos, la capacidad para comunicar resultados científicos, el dominio técnico y la independencia. Ricardo se destaca en que su el vector es grande en todas estas dimensiones fundamentales», dijo.

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