¿Puede un planeta sobrevivir tras la muerte de su estrella madre? El telescopio James Webb tiene la respuesta

Hace miles de millones de años, una estrella similar al Sol, cerca del final de su vida, se expandió enormemente hasta convertirse en una gigante roja antes de expulsar sus capas exteriores, dejando un núcleo caliente remanente conocido como enana blanca. Como gigante roja, la estrella debería haber engullido y destruido cualquier planeta cercano. Sin embargo, los astrónomos han descubierto un exoplaneta del tamaño de Júpiter orbitando la enana blanca cada 34 horas a una distancia inferior a 3 millones de kilómetros.

Para resolver el misterio de la supervivencia de este exoplaneta, un equipo internacional de astrónomos utilizó el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para observar el tránsito del exoplaneta WD 1856 b, del tamaño de Júpiter, alrededor de su estrella anfitriona, midiendo su temperatura y detectando moléculas en su atmósfera. Descubrieron que el planeta es significativamente más cálido de lo esperado y determinaron cómo probablemente alcanzó su órbita tan cercana alrededor de la enana blanca. Los resultados ofrecen una perspectiva del futuro de planetas como Júpiter tras la muerte del Sol, dentro de miles de millones de años.

Los resultados se publicaron en la revista Nature.

WD 1856 b fue descubierto en 2020 por científicos que utilizaron el satélite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA y el telescopio espacial Spitzer, ya fuera de servicio. Orbita la enana blanca WD 1856+534, ubicada a unos 80 años luz de la Tierra. "El planeta tiene un tamaño similar al de Júpiter, pero la enana blanca que orbita tiene el tamaño de la Tierra, por lo que el planeta es siete veces más grande que su estrella", explicó el autor principal, Ryan MacDonald, de la Universidad de St. Andrews en el Reino Unido.

WD 1856 b orbita extremadamente cerca de su estrella anfitriona, a una distancia 50 veces menor que la que separa la Tierra del Sol. Si WD 1856 b hubiera orbitado originalmente a esa distancia, habría sido aniquilado cuando la estrella era una gigante roja. ¿Cómo sobrevivió a la muerte de su estrella anfitriona y terminó en su posición actual?

Qué grande, qué caliente

El nuevo estudio utilizó el telescopio Webb para observar el paso del planeta frente a su estrella. Este tránsito proporcionó información única sobre la masa del planeta, que oscila entre cuatro y once veces la masa de Júpiter.

El equipo también pudo determinar la temperatura del planeta. Durante el tránsito, la luz de la estrella se bloqueó parcialmente, pero la luz infrarroja se redujo menos que otras longitudes de onda. La diferencia radicaba en la luz infrarroja emitida por el planeta debido a su propio calor. Los datos indicaron que el planeta tiene una temperatura de aproximadamente 260 grados Fahrenheit (126 grados Celsius), significativamente más alta de lo que sería si su única fuente de calor fuera la luz de la enana blanca. Este enigmático descubrimiento resultó ser la clave para demostrar cómo el planeta debió haber alcanzado su órbita actual.

Christopher O'Connor, de la Universidad Northwestern en Illinois, coautor del artículo, fue el responsable de rastrear la temperatura del planeta a lo largo del tiempo. O'Connor explicó: “La gran incógnita es cómo WD 1856 b llegó a su posición actual, y existen dos teorías. Una es que el planeta fue engullido por la estrella anfitriona mientras agonizaba y logró sobrevivir en su interior. La otra es que la migración se produjo debido al efecto gravitacional de otros objetos del sistema. La enana blanca forma parte de un sistema estelar triple, y las estrellas compañeras podrían haber influido en la órbita de WD 1856 b”.

Los investigadores se dieron cuenta de que no había ninguna fuente de energía presente que generara ese calor en la actualidad, por lo que debía tratarse de energía residual de un período anterior en el que el planeta se calentó. Utilizando modelos de cómo se enfrían con el tiempo los objetos subestelares como WD 1856 b, junto con los nuevos datos del telescopio Webb, el equipo pudo proyectar su temperatura hacia el pasado y deducir cuánto tiempo hace que debió haber ocurrido el calentamiento. La cronología es clave para determinar si el calentamiento se debió a la absorción por la gigante roja o si ocurrió durante una migración hacia el interior.

Concluyeron que el calentamiento probablemente ocurrió entre 3 y 5.5 mil millones de años después de que la estrella se convirtiera en una enana blanca. En este escenario, el planeta se encontraba en una órbita amplia que lo protegió de la estrella durante su fase de gigante roja destructiva, y solo migró a su ubicación actual posteriormente. "A medida que el planeta se desplazaba hacia el interior, sus interacciones con la fuerte gravedad de la enana blanca habrían provocado un calentamiento considerable, y desde entonces se ha estado enfriando", afirmó O'Connor.

La luz de la estrella que atravesaba la atmósfera del planeta también permitió obtener información sobre su composición química. «Observamos las características señales de pequeñas partículas de nubes e hidrocarburos, muy probablemente metano, lo que supone la primera vez que vemos una atmósfera en un planeta que transita una estrella muerta», declaró la coautora Victoria Boehm, de la Universidad de Cornell. «Recientemente observamos cuatro tránsitos más de WD 1856 b con el telescopio Webb para analizar con mayor profundidad la química de su atmósfera y estamos ansiosos por ver los resultados».

El gráfico titulado “Exoplaneta gigante gaseoso WD 1856 b, espectro de transmisión, NIRSpec PRISM” muestra una gráfica de la cantidad de luz bloqueada en porcentaje en el eje y y la longitud de onda de la luz en micras en el eje x. El eje y abarca desde el 55,2 % hasta el 56,5 % con marcas cada 0,1 % y etiquetas en 55,5 y 56,0. El eje x abarca desde 0,5 hasta 4,0 micras con marcas cada 0,5 micras. Una gruesa línea púrpura delineada con dos bandas semitranslúcidas tiene una línea interior más oscura y una línea exterior más clara. La línea púrpura es ondulada y asciende, en el tercio superior, hasta aproximadamente 3,5 micras, donde desciende a 55,2 en el eje y y 4,0 en el eje x. Cinco picos están resaltados por barras rojas verticales, lo que indica la presencia de metano. Los círculos blancos que representan los puntos de datos se encuentran dispersos por encima y por debajo de la línea morada. Una leyenda indica que la línea morada representa el modelo de mejor ajuste, el rojo resalta el metano y los círculos blancos representan los datos.

El posible futuro del sistema solar y la Tierra

En aproximadamente cinco mil millones de años, el Sol agotará su combustible de hidrógeno en su núcleo y se expandirá hasta alcanzar un tamaño más de 100 veces mayor que el actual, convirtiéndose en una estrella gigante roja. Posteriormente, desprenderá sus capas exteriores y finalizará su vida como una enana blanca. Mercurio, Venus y posiblemente la Tierra serán destruidos por la gigante roja. Sin embargo, el destino de los planetas más distantes, en particular los gigantes gaseosos, es incierto. Encontrar y estudiar planetas en órbita alrededor de los restos de estrellas similares al Sol tras su muerte es una forma de comprender qué podría suceder en nuestro propio sistema solar en un futuro lejano.

“Estamos acostumbrados a mirar hacia el pasado cuando usamos telescopios, pero esta es la primera vez que hemos podido vislumbrar lo que podría suceder con los planetas exteriores que orbitan los restos de una estrella similar al Sol”, dijo MacDonald. “Es como usar una máquina del tiempo para observar el futuro lejano de nuestro sistema solar”.

Fuente: NASA