La Tierra ha orbitado el Sol más de 5.000 millones de años y seguramente lo hará otros tantos. Nuestro Sol puede parecer muy estable, más allá de la aparición de manchas en su superficie o la erupción de llamaradas solares, pero, en escalas cósmicas, experimentará grandes cambios que pueden afectar la habitabilidad e incluso la propia integridad de nuestro planeta.
Se sabe que algunas estrellas del tipo enana blanca, evolucionadas a partir de estrellas como nuestro Sol, acretan en su superficie material que pudo formar parte de sistemas planetarios previos. En algunos casos incluso se ha encontrado un planeta o un cuerpo rocoso masivo orbitando estas estrellas. En un trabajo reciente hemos usado observaciones en rayos X para inferir la presencia de un planeta que estaría siendo destruido por una estrella enana blanca, lo que plantea muchas preguntas sobre el destino de los sistemas planetarios.
Vida y muerte de estrellas y planetas
Para conocer el destino último del Sistema Solar (o cualquier otro sistema planetario), necesitamos entender los procesos que ocurren dentro de las estrellas y cómo estas cambian con el tiempo. A fin de cuentas, una estrella y su sistema planetario no son para siempre …
El Sol pertenece al grupo de estrellas de masa baja o intermedia, aquellas que tienen entre una y ocho veces la masa del Sol. La vida de estas estrellas transcurre mayormente en lo que se conoce como la secuencia principal, mientras la estrella fusiona de forma estable hidrógeno en helio en su núcleo. Cuando el hidrógeno del núcleo se agota, la fusión se traslada a una capa en torno al núcleo y la estrella aumenta enormemente su tamaño, convirtiéndose en una gigante roja. Luego, en el núcleo estelar se alcanzan la presión y la temperatura suficientes para fusionar helio en carbono y oxígeno, lo que dará paso a otra fase en la que la fusión de helio en torno a un núcleo inerte de carbono y oxígeno se alterna con la fusión de hidrógeno en helio en una capa aún más externa. La estrella ha alcanzado en este momento lo que se conoce como la rama asintótica de gigantes y su radio puede alcanzar cientos de veces el radio del Sol, extendiéndose más allá de la órbita actual de la Tierra.
Para ese entonces, la estrella ha perdido una fracción considerable de su masa y continúa perdiéndola de forma cada vez más acelerada, hasta quedar reducida a un núcleo de carbono y oxígeno incapaz de generar más fusiones atómicas. La estrella ilumina lo que antes fuera material estelar, formando una nebulosa planetaria que, tras un fugaz periodo de tiempo de “solo unos 20.000 años”, acaba dispersándose en el espacio. La estrella se ha convertido en una enana blanca que obtendrá durante eones su energía de su contracción gravitatoria.
Y los planetas, ¿qué ocurre con ellos? Durante mucho tiempo se ha creído que los planetas interiores del Sistema Solar (Mercurio y Venus) serían engullidos por el Sol en sus fases de gigante, mientras que los más externos se alejarían a órbitas aún más lejanas a medida que el Sol perdiera masa y, por tanto, atracción gravitatoria. No se esperaría encontrar planetas en órbitas cercanas a enanas blancas. Sin embargo, la detección de un planeta tipo Júpiter en torno a la enana blanca WD 1856+534 vino a cuestionar dicho planteamiento. Un planeta puede sobrevivir la evolución de su estrella, aún cuando esté en una órbita próxima.
La enigmática señal de rayos X de la estrella central de la Nebulosa de la Hélice
Desde la década de los 80, observatorios de rayos X como Einstein y ROSAT habían detectado emisión en la estrella central de la nebulosa planetaria conocida como la Nebulosa de la Hélice. A solo 650 años luz de la Tierra, esta nebulosa planetaria, a la que llamaremos simplemente Hélice, es la más cercana y, por tanto, uno de los objetos en los que la transición de una estrella a su fase de enana blanca puede estudiarse en mayor detalle. Dicha estrella, por cierto, también tiene nombre: WD 2226-210.
El origen de esta emisión de altas energías era enigmático, más aún cuando los nuevos observatorios de rayos X, Chandra y XMM-Newton, determinaron con gran precisión que la emisión procedía íntegramente de su estrella central y que sus características espectrales eran incompatibles con la emisión que podía esperarse de dicha estrella, a pesar de su elevadísima temperatura superficial, en torno a 100,000 K. Tampoco con la actividad coronal de una estrella compañera enana, la cual sería fácilmente detectable en longitudes de onda infrarrojas.
Fue entonces cuando la detección de emisión infrarroja permitió deducir la presencia de material, mayormente polvo o fragmentos rocosos pequeños. Dicho material estaría distribuido en un disco con un radio en torno a 150 veces la órbita de la Tierra, pero también en una nube difusa de mayor tamaño, una especie de Nube de Oort. También se ha sugerido la presencia de un planeta de tipo Neptuno que estaría en una órbita próxima a la estrella con un periodo ligeramente inferior a tres días.
El examen de todos los datos de rayos X disponibles de la Hélice nos ha permitido —creemos— resolver el enigma. Desde su descubrimiento, la emisión de rayos X de la Hélice ha permanecido estable, pero con una ligera modulación con un periodo de apenas 2.9 horas. La estabilidad de la emisión implica una acreción estable, incompatible con la acreción esporádica que proporcionarían las estructuras emisoras en infrarrojo. La alta tasa de acreción que se necesita y su variabilidad con un periodo de pocas horas apuntan a un cuerpo masivo en una órbita muy cercana que está siendo destruido por efectos de marea. Un planeta de tipo Júpiter encaja en este escenario, pero no una estrella de baja masa que permanece inalterada por efectos de marea.
Lo que creemos es que un planeta, inicialmente lejos de la estrella central de la Hélice, ha desplazado su órbita cerca de esta, debido a interacciones gravitatorias con otros planetas del sistema. Efectos de marea están destruyendo ahora dicho planeta, de forma que el material cae sobre la estrella produce la emisión en rayos X. Otras estrellas de tipo enana blanca presentan una emisión similar que merece estudios más detallados, aunque en el caso de G29-38 se sabe que el planeta ya ha sido completamente destruido.
Referencias
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Martín Antonio Guerrero Roncel
Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de La Laguna
Instituto Astrofísico de Andalucía
