Cómo las estrellas masivas roban planetas

Estos viveros estelares son lugares densamente poblados donde cientos de miles de estrellas a menudo residen en el mismo volumen de espacio que habita solo el Sol. Las interacciones violentas, en las que las estrellas intercambian energía, ocurren con frecuencia, pero no por mucho tiempo. Después de unos pocos millones de años, los cúmulos estelares se disipan, poblando la Vía Láctea con más estrellas.

Nuestro nuevo artículo, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, muestra cómo las estrellas masivas en tales viveros estelares pueden robarse planetas entre sí, y cuáles son los signos de tal robo.

Casi inmediatamente después del nacimiento de las estrellas jóvenes, los sistemas planetarios comienzan a formarse a su alrededor. Hemos tenido evidencia indirecta de esto durante más de 30 años. Las observaciones de la luz de estrellas jóvenes muestran un exceso inesperado de radiación infrarroja. Esto fue (y sigue siendo) explicado como originado por pequeñas partículas de polvo (100º de un centímetro) que orbitan alrededor de la estrella en un disco de material. Es a partir de estas partículas de polvo que (eventualmente) se forman los planetas.

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El campo de formación de estrellas y planetas experimentó una revolución a fines de 2014, cuando se observaron las primeras imágenes de discos de formación de planetas alrededor de estrellas con el telescopio Atacama Large Millimeter Array (Alma) en el desierto chileno. Las primeras imágenes de Alma y las siguientes fueron nada menos que espectaculares. Muchos de los discos tenían características y estructuras que pueden atribuirse a la presencia de planetas similares a Júpiter completamente formados.

La formación de planetas ocurre rápidamente después de que comienza la formación de estrellas, y ciertamente mientras la estrella todavía está interactuando con sus hermanos en la guardería estelar. Debido a que los planetas se forman tan rápidamente, se verán afectados por el entorno de formación estelar densamente poblado. Los planetas pueden tener sus órbitas alteradas, lo que puede manifestarse en una variedad de formas.

planetas errantes

A veces, la distancia del planeta a la estrella anfitriona se vuelve más pequeña o más grande, pero más a menudo hay un cambio en la forma de la órbita, que generalmente se vuelve menos circular (más «excéntrica»). De vez en cuando, un planeta se libera de su órbita alrededor de su estrella anfitriona y se convierte en «flotación libre» en la región de formación de estrellas, lo que significa que no está unido a ninguna estrella por la gravedad.

Una fracción significativa de los planetas de formación libre son capturados y se unen gravitacionalmente a una estrella distinta de aquella alrededor de la cual se formaron. Un número similar de planetas incluso son despojados de su órbita, intercambiados directamente entre estrellas sin primero flotar libremente.

Al estudiar este gran asalto planetario, aprendimos que los planetas que se formaron en las regiones de formación estelar más pobladas pueden ser capturados o robados fácilmente por estrellas que son mucho más pesadas que nuestro Sol. Las estrellas se forman con una amplia gama de masas. Nuestro Sol es un poco inusual ya que es aproximadamente el doble de pesado que la estrella de masa promedio en el universo. Sin embargo, un número relativamente pequeño de estrellas son aún más pesadas, y estas estrellas de «tipo OB» dominan la luz que vemos en la Vía Láctea (y otras galaxias).

ganado

Estas estrellas masivas son muy brillantes, pero tienen vidas mucho más cortas que el Sol y, en algunos casos, solo viven unos pocos millones de años (en lugar de miles de millones). Por lo tanto, no podemos esperar encontrar planetas a su alrededor.

Sin embargo, en 2021, el Estudio de abundancia de exoplanetas de estrellas B (Beast), dirigido por investigadores de la Universidad de Estocolmo, descubrió un planeta que orbita a más de 550 veces la distancia entre la Tierra y el Sol de una estrella que pesa hasta diez veces la masa del Sol. y otro planeta que orbita a 290 veces la distancia Tierra-Sol alrededor de una estrella nueve veces la masa del Sol.

La colaboración de Beast encontró estos planetas («Beasties») orbitando estrellas en la región de formación de estrellas Sco Cen, que actualmente se está disolviendo gradualmente en la Vía Láctea. La explicación original presentada para estos animales es que se formaron como los planetas gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar, pero son más masivos y están más lejos porque son una versión ampliada de nuestro propio sistema planetario.

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Las estrellas masivas, sin embargo, emiten grandes cantidades de radiación ultravioleta, que puede evaporar el gas del que deben formarse planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Entonces, ¿cómo terminan las Bestias a su alrededor? Sabemos por nuestro trabajo anterior que el robo y la captura de planetas pueden ocurrir en regiones pobladas de formación de estrellas, por lo que buscamos en nuestras simulaciones planetas que hayan sido capturados o robados por estrellas masivas.

Nuestra nueva explicación para las Beasties es que terminaron en sus órbitas debido a un asalto planetario: nacieron alrededor de otras estrellas y luego fueron capturadas o robadas por las estrellas masivas. Estos sistemas planetarios suelen estar en órbitas amplias (al menos 100 Tierra-Sol) y son muy excéntricos, muy diferentes de los planetas circulares cercanos de nuestro Sistema Solar, que encontramos formados allí.

Tal vez haya un planeta capturado en nuestro Sistema Solar, el escurridizo e hipotético Planeta 9, pero Júpiter y los otros planetas gigantes se formaron alrededor de nuestro Sol.

Nuestras simulaciones por computadora también parecen predecir la frecuencia de estos sistemas (uno o dos por región de formación estelar) y las características orbitales de Beasties. Las observaciones futuras arrojarán más luz sobre el origen de estos planetas, pero por ahora representan otro descubrimiento emocionante en el campo de la ciencia de los exoplanetas.

(La conversación)