Francis en #rosavientos: Observan la desintegración de una exotierra

Dibujo20151024 Simulation of a dust cloud produced by a disintegrating planetesimal orbiting WD nature15527-s1

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Un equipo de astrónomos ha observado por primera vez una estrella moribunda del mismo tipo que el Sol que está devorando un planeta similar a la Tierra. Sus observaciones las han hecho con el Telescopio Espacial Kepler, que ha descubierto un gran número de exoplanetas. Los cambios rápidos e irregulares en la luz de la estrella se cree que se deben a los fragmentos rocosos de un planeta un poco más pequeño que la Tierra en descomposición. Se estima que a este planeta le queda menos de un millón de años de vida.

El artículo es Andrew Vanderburg et al., “A disintegrating minor planet transiting a white dwarf,” Nature 526: 546–549, 22 Oct 2015, doi: 10.1038/nature15527; recomiendo leer a Francesca Faedi, “Exoplanets: A glimpse of Earth’s fate,” Nature 526: 515–516, 22 Oct 2015, doi: 10.1038/526515b.

Más información en Nuño Domínguez, “Los astrónomos observan la desintegración de una Tierra”, Materia, El País, 22 Oct 2015; Mark A. Garlick, “Un pequeño planeta queda hecho añicos en la órbita de una enana blanca,” Agencia SINC, 21 Oct 2015; EFE, “Una ‘estrella de la muerte’ engullendo a un pequeño planeta,” Ciencia, El Mundo, 22 Oct 2015; EFE, “Detectan un planetoide similar a la Tierra engullido por una enana blanca,” Ciencia, ABC, 22 Oct 2015.

Dibujo20151025 Six notable periodicities found in the K2 data nature15527_f1

¿Cuál será el destino de la Tierra cuando el Sol muera? Nuestro Sol es una estrella de tipo enana amarilla, una estrella de tipo espectral G2 que se formó hace unos 4.600 millones de años y representa el 99,86 % de la masa total del Sistema Solar. El Sol se encuentra, más o menos, en la mitad de su vida. Dentro de unos 5.000 millones de años el Sol agotará todo el hidrógeno en su región central, que se habrá transformado en helio. La región central se contraerá por la presión de la gravedad aumentando su temperatura hasta alcanzar unos 100 millones de grados, que dará inicio a la fusión del helio en carbono; mientras en las capas alrededor del núcleo se seguirá fusionando el hidrógeno en helio. Al agotarse el helio del núcleo, se iniciará una nueva expansión del Sol y el helio empezará también a fusionarse en una nueva capa alrededor del núcleo que será inerte, ya que el Sol no tiene masa suficiente para alcanzar las presiones y temperaturas necesarias para fusionar el carbono y el oxígeno del núcleo en elementos más pesados. Por desgracia las capas exteriores del Sol se expandirán, haciendo nuestra estrella cada vez más y más grande, hasta convertirse en una gigante roja. Su diámetro superará las órbitas de Mercurio y de Venus, pero no sabe si llegará a superar la órbita de la Tierra. Más tarde el Sol expulsará toda su masa dando lugar a una nebulosa planetaria, quedando el núcleo del Sol como una estrella enana blanca, que muchísimo más tarde se enfriará totalmente y dará lugar a una estrella enana negra. El Sol nunca estallará como una supernova por que no tiene la masa suficiente para ello. La vida en la Tierra sucumbirá cuando el Sol se transforme en una gigante roja, pero nuestro planeta rocoso podría sobrevivir, incluso a la formación de la nebulosa planetaria. Pero no mucho más. Esta semana se publica en la revista Nature observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA que muestran como uno, o quizás varios, planetas rocosos con una composición química similar a la de la Tierra que están en una órbita alrededor de una enana blanca, el remanente de una estrella muy similar al Sol que ha llegado al final de su vida. Estos planetas rocosos están siendo triturados en infinidad de pedazos por el fuerte campo gravitatorio y por la intensa radiación de la estrella. Este resultado nos recuerda que, incluso si la Tierra sobrevive a la fase de estrella gigante roja y a la formación de una nebulosa planetaria, no podrá sobrevivir a la futura enana blanca en la que se convertirá el Sol.

Dibujo20151025 Evolution of the K2 transit light curve over 80 days of observations nature15527_f2

La vida en la Tierra sucumbirá mucho antes de llegar a este estadio de evolución, salvo que los descendientes de los humanos hayan abandonado nuestro planeta y se salven poblando otras estrellas. ¿Podría sobrevivir el planeta Tierra a la formación de la estrella gigante roja alejando su órbita? La verdad es que todavía no lo sabemos con seguridad. Hay estudios de la evolución del sistema solar mediante simulaciones por ordenador que apuntan a que la Tierra sucumbirá a la formación de la gigante roja. Pero también hay otros estudios que nos dan un ápice a la esperanza. Para estudiar la dinámica de los sistemas planetarios debemos estudiar otros sistemas de exoplanetas alrededor de otras estrellas. Hasta ahora la mayoría de los exoplanetas están en órbita de estrellas de la secuencia principal, similares al Sol, que se encuentran en el mejor momento de sus vida. Sólo unos pocos exoplanetas se han descubierto alrededor de estrellas antes de convertirse en gigantes rojas. El nuevo estudio publicado en la revista Nature por el astrónomo Andrew Vanderburg, del Centro Astrofísica Smithsoniano de Harvard, en Cambridge, Massachusetts, EEUU, y varios colegas ha usado datos del telescopio espacial Kepler de la NASA, que ha buscado exoplanetas en unas 150 mil estrellas en una región de cielo entre las constelaciones del Cisne y la Lira. El tránsito de un exoplaneta provoca una disminución del brillo de la estrella que se repite de forma periódica lo que permite su detección. Se han encontrado exoplanetas en muy pocas estrellas enanas blancas. Estas estrellas son muy pequeñas (tienen un tamaño similar al la Tierra) por lo que se espera que los exoplanetas que pasan por delante del disco estelar ofrezcan una señal de tránsito de muy corta duración, sólo un minuto más o menos. El nuevo trabajo de Vanderburg y su equipo ha observado la estrella WD 1145+017, una enana blanca que muestra varias señales de tránsito poco profundas pero de larga duración para este tipo de estrella, duraciones entre 40 y 80 minutos. Esta estrellas enanas blancas son muy pequeñas pero muy densas, por lo que tienen fuertes campos gravitatorios. La explicación más plausible para estas señales de tránsito es que se trata de los pedazos de uno o varios planetas rocosos que están en proceso de desintegración. Un proceso que nos recuerda el que podría ser el final de nuestro planeta si logra sobrevivir a la muerte del Sol en forma de estrella enana blanca.

Dibujo20151025 Transit light curves measured from two ground-based facilities nature15527_f3

La señal que se observa parece similar a la mostrarían asteroides de gran tamaño en órbita a la enana blanca. ¿Por qué se interpreta esta señal como la de un planeta en desintegración en lugar de un conjunto de asteroides en órbita? En ciencia la interpretación de una observación requiere combinar indicios y evidencias obtenidas con otras observaciones. En las atmósferas de un tercio de las enanas blancas estudiadas hasta ahora se han observado elementos pesados, como carbono, silicio, oxígeno e incluso hierro. Además, las observaciones en longitudes de onda infrarrojas han mostrado algunas de estas estrellas tienen discos de polvo circunestelares. La hipótesis más plausible para explicar estos metales pesados observados en la atmósfera de las enanas blancas es la contaminación debida a los discos circunestelares. Estos discos de materia no pueden tener su origen en la nebulosa planetaria que se forma tras la fase final de la estrella gigante roja cuyo núcleo se convierte en la enana blanca. Muchos estudios realizados por ordenador han llevado a pensar que se trata de restos de los planetas rocosos o asteroides que han sobrevivido a la formación de la enana blanca y que ella devora gracias a su intenso campo gravitatorio. Hay que recordar que el carbono, el silicio, el oxígeno y el hierro constituyen más o menos el 93% de la masa de la Tierra. La gravedad de la enana blanca crea fuertes fuerzas de marea gravitatorias que desestabilizan las órbitas de los planetas y los asteroides que hayan sobrevivido a su formación, provocando su destrucción en pedazos más pequeños, así como muchas colisiones entre estos trozos, similares a las ocurridas durante la infancia del Sistema Solar. Estos fragmentos de roca orbitan la estrella WD 1145+017 con periodos de entre 4,5 y 4,9 horas. Este proceso de desintegración planetaria da lugar a discos circunstelares de materia con una composición química similar a la del núcleo de los planetas rocosos originales. Muchos de estos materiales acabarán en la atmósfera de la enana blanca por un proceso de acreción. Los tránsitos observados por Vanderburg y sus colegas han sido estudiados por varios telescopios terrestres. La fotometría indica que a veces bloquean hasta el 40% de la luz de la estrella durante periodos muy cortos, de unos 5 minutos, con una regularidad aperiódica típica del tránsito de discos protoplanetarios. Junto a estos tránsitos aperiódicos también se han observado tránsitos periódicos que apuntan a la existencia de pequeños planetas rocosos. Todo ello indica que estamos observando a planetas en proceso de desintegración.

Dibujo20151024 FLWO transits compared with a solid body transit model and a dusty tail transit model nature15527-s6

Las observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA se explican gracias a uno o varios planetas rocosos en órbita de una enana blanca que están siendo desintegrados por su gravedad. Algo parecido le pasa a algunos cometas cuando se acercan al Sol. ¿Se observa algún tipo de cola de residuos similar a la cola de los cometas? Las observaciones del telescopio espacial Kepler de la NASA han sido ratificadas por observaciones realizadas con telescopios terrestres. En concreto se usó el analizador de velocidad radial MINERVA del telescopio de 1,2 metros del Observatorio Whipple L. Fred (FLWO) en el Monte Hopkins, Arizona, y las observaciones en el infrarrojo cercano de cuatro de los ocho telescopios de 0,4 metros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo en Chile. Estas observaciones confirman que hay uno o varios planetas menores en órbita alrededor de la enana blanca WD 1145 + 017 que están perdiendo materia. El material que se evapora es expulsado en forma de viento, como una nube de moléculas que se condensa detrás del cuerpo que está en desintegración, como la cola de un cometa. La interpretación de estas observaciones realizadas por el astrónomo Andrew Vanderburg, del Centro Astrofísica Smithsoniano de Harvard, en Cambridge, Massachusetts, EEUU, y su equipo muestran tránsitos asimétricos con profundidad variable similares a las esperadas según las simulaciones de este proceso realizadas por ordenador. Por supuesto, estos estudios deberán ser confirmados por futuras observaciones independientes con otros telescopios terrestres. Para los aficionados a la astronomía es muy emocionante que los astrónomos hayan podido observar los últimos estertores de un sistema planetario alrededor de una enana blanca. Quizás estamos observando lo que pasa el último millón de años de la vida de un planeta como el el nuestro. Aún así debemos ser cautos porque aún quedan muchos detalles por desvelar. Aún no sabemos si la Tierra sobrevivirá a la fase de gigante roja, previa a la formación de la enana blanca en la que se convertirá nuestro Sol. El estudio de las atmósferas de las enanas blancas y de los exoplanetas que las orbitan nos permite elucubrar cómo serán los últimos días de la Tierra. Faltan 4.000 millones de años, pero seguro que todos estamos interesados en conocer cuál será el final inevitable del largo camino de nuestro planeta. La ciencia poco a poco está logrando desvelarlo.


11 Comentarios

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renecoreneco

Para el caso de Kepler, me gusta la palabra “interpretación” en vez de observación o descubrimiento, porque la observación que hace kepler es de luminosidad de estrellas en vez de observación de planetas, no me satisface el tipo de titulares que dicen “kepler descubrió tal o cual planeta” algunos ven hasta esfera de Dyson con este satélite. http://mysteryplanet.com.ar/site/ha-...aterrestre/

GuillermoGuillermo

No hay que esperar a que el sol se hinche cuando alcance el estado de gigante roja, dentro de un eón la temperatura de la superficie habrá sobrepasado los 100 grados Celsius, sin tener en cuenta el efecto invernadero. Lo digo pues frecuentemente se piensa que tendremos suerte, me refiero a alguna forma de vida futura, si el Sol no enguye a la Tierra. Nuestros robóticas sucesores lo veran desde otro sistema en los que llevaran viviendo al menos 3 eones, si es que no han desaparecido antes.

IbaiIbai

Se sugiere que la Tierra sería destrozada por el fuerte campo gravitatorio de la enana blanca en que se convertiría nuestro sol. No entiendo por qué el campo gravitatorio de esa enana blanca tiene que ser mayor que el de nuestro sol (tendrán la misma masa, no?). O es que la órbita de la Tierra será más cercana? O se me escapa algo?

Francisco R. Villatoro

Ibai, el campo gravitatorio no es más intenso, todo lo contrario. Esta enana blanca tiene una masa de 0,6 Ms (masa del Sol) y un radio 1,4 R⊕ (radio de la Tierra). El periodo de la órbita es de unas 4,5 horas con lo que los trozos están a una distancia de solo 2,8 R⊕. Esto implica que el planeta rocoso en desintegración acabó cayendo hacia la enana blanca situándose en órbita muy cercana a ella y por ello sufre fuerzas de marea gravitacionales muy intensas. ¿Pasará esto con la Tierra? No lo sabemos.

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De todos modos, incluso si sobreviviera a la gigante roja y a la nebulosa planetaria parece que el Sistema Solar se va a convertir en un caos debido a la pérdida de masa que va a sufrir el Sol y a su efecto en las órbitas planetarias, así que puede que haya algo más grande que asteroides y cometas que acaben siendo enviados de cabeza a la enana blanca.

Dan ganas de imaginárselo: un cuerpo grande de forma irregular que en tiempos fue el núcleo de un planeta siendo despedazado poco a poco por la estrella y bajo la gran cantidad de energía que debe de recibir por hallarse tan cercano a ella.

También han encontrado con ayuda de Kepler algo parecido, aunque en una enana roja y con una supertierra:

http://arxiv.org/abs/1504.04379

FerrerFerrer

Es tanto tiempo que da risa pensar siquiera que los humanos o cualquiera de sus posibles evoluciones puedan estar presente, e incluso desde lejos. Por ley natural empírica una especie no dura mucho más de 5 o 6 millones de años y nosotros estamos por casi los 5 así que es irrelevante él pensar en 10, 100 o 1000 millones de años.. Podremos escapar a nuestras limitaciones cómo especie?

EduardoEduardo

Lo que se observe para otras especies no tendría nada que ver, en principio, con la nuestra. Somos una especie que ha alcanzado el nivel de “civilización tecnológica”. No nos podemos comparar con ninguna otra, ya que como especie podríamos realizar hazañas inimaginables. Esto no es suficiente, seguramente, como garantía de supervivencia, pero en ciertos casos lo podría ser. Solo el tiempo lo dirá.
No obstante, tenemos otras limitaciones que son más graves. Mucho antes que el Sol se transforme en gigante roja, el planeta Tierra llevará milenios deshabitado. El Sol aumenta su brillo continuamente y dentro de unos 900 millones de años, las altas temperaturas ya habrán evaporado los océanos. Para esas fechas si existe vida en el planeta será “vida extremófila”, recluida en ambientes muy concretos.
Además antes que el Sol se haya convertido en gigante roja la galaxia de Adrómeda habrá colisionado con nuestra Vía Láctea y nadie sabe muy bien como acabría nuestro planeta si todavía existiera.
La única solución es que nuestros políticos elaboren un programa de “Éxodo” eficaz y lo pongan ya en marcha. ¿Comprenderían de lo que se les estaba hablando? Ja. ja.

Carlos Reyes

Dentro de 5,000 millones de años, tal vez menos, no tendremos preocupaciones porque el sol vaya a morir, ya que tendremos las tecnologías necesarias y suficientes como para poder aprovechar toda la energia de cualquiera estrella, sin importar su tamaño, inclusive de agujeros negros, así las cosas, la tierra con una población estimada en aproximadamente 250,000 millones de habitantes (bien controlada), habitantes menos, habitantes más, sería algo así como una nave espacial y que estaría en condiciones de ser dirigida a cualquier punto del universo e inclusive pudieramos construir soles a la medida.

Carlos Reyes

Todo esto tiene su explicación en el entendido de que los avances en ciencia y tecnología que ha esperimentado la humanidad tiene un crecimiento exponencial, parece ser una singularidad, ya que, lo que hemos avanzados en los últimos 100 años supera lo del resto de años que hemos vividos, imaginate, Francis, en 5,000 millones de años, es inconmensurable lo que pudieramos hacer.

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