Evidencia de un impacto gigante en un sistema estelar cercano que despoja la atmósfera de un planeta

Es probable que tales colisiones planetarias sean comunes en los sistemas solares jóvenes, pero no se han observado directamente.

Los sistemas planetarios más jóvenes generalmente experimentan severos dolores de crecimiento, ya que los cuerpos de los bebés chocan y se fusionan para formar planetas progresivamente más grandes. En nuestro sistema solar, se cree que la Tierra y la Luna son productos de este tipo de impacto gigante. Los astrónomos creen que tales colisiones deberían haber sido comunes en los primeros sistemas, pero eran difíciles de observar alrededor de otras estrellas.

Ahora los astrónomos en Con, y la Universidad Nacional de Irlanda en Galway y la Universidad de Cambridge y otros lugares han descubierto evidencia de una colisión gigante en un sistema estelar cercano, a solo 95 años luz de la Tierra. La estrella, llamada HD 172555, tiene unos 23 millones de años y los científicos sospechan que su polvo tiene rastros de un impacto reciente.

El equipo dirigido por el Instituto de Tecnología de Massachusetts observó más evidencia de un impacto gigante alrededor de la estrella. Determinaron que la colisión probablemente ocurrió entre un planeta aproximadamente del tamaño de la Tierra y uno más pequeño hace al menos 200.000 años, a 10 kilómetros por segundo, o más de 22.000 millas por hora.

Fundamentalmente, detectaron gas que indica que un impacto de tan alta velocidad probablemente volaría parte de la atmósfera del planeta más grande, un evento emocionante que explicaría el gas y el polvo observados alrededor de la estrella. Los resultados, que aparecen hoy en naturaleza temperamental, representa la primera detección de este tipo.

«Esta es la primera vez que detectamos este fenómeno, de despojar las atmósferas de los protoplanetas en un impacto gigante», dice la autora principal Tajana Schneiderman, estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. «Todo el mundo está interesado en observar un efecto gigante porque esperamos que sea común, pero no tenemos evidencia en muchos sistemas para eso. Ahora tenemos información adicional sobre estas dinámicas».

señal clara

La estrella HD 172555 ha sido objeto de intriga entre los astrónomos debido a la inusual composición de su polvo. Las observaciones de los últimos años han demostrado que el polvo de estrellas contiene grandes cantidades de minerales inusuales, en granos mucho más finos de lo que los astrónomos esperarían de un disco de escombros estelar típico.

«Debido a estos dos factores, se cree que HD 172555 es este sistema peculiar», dice Schneiderman.

Ella y sus colegas se preguntaron qué podría revelar el gas sobre el historial de impactos del sistema. Miraron los datos obtenidos antes Alma, el Atacama Large Millimeter Array en Chile, que incluye 66 radiotelescopios, cuyas distancias se pueden ajustar para aumentar o disminuir la resolución de sus imágenes. El equipo examinó los datos de los archivos públicos de ALMA en busca de signos de monóxido de carbono alrededor de las estrellas cercanas.

«Cuando la gente quiere estudiar el gas en los discos de escombros, el monóxido de carbono es el más brillante y, por lo tanto, más fácil de encontrar», dice Schneiderman. «Entonces, miramos los datos de monóxido de carbono para HD 172555 nuevamente porque era un sistema interesante».

como resultado

Mediante un análisis cuidadoso, el equipo pudo detectar monóxido de carbono alrededor de la estrella. Cuando midieron su abundancia, encontraron que el gas constituía el 20 por ciento del monóxido de carbono que contiene. Venus‘Atmósfera. También notaron que el gas estaba orbitando en grandes cantidades, sorprendentemente cerca de la estrella, a aproximadamente 10 AU, o 10 veces la distancia entre la Tierra y el Sol.

«La presencia de monóxido de carbono en esta proximidad requiere alguna explicación», dice Schneiderman.

Esto se debe a que el monóxido de carbono suele estar sujeto a la fotodisociación, un proceso en el que los fotones de una estrella se rompen y destruyen la molécula. A corta distancia, suele haber muy poco monóxido de carbono cerca de la estrella. Por ello, el grupo probó diferentes escenarios para explicar la abundante aparición del gas.

Rápidamente descartaron un escenario en el que el gas se originó a partir de los escombros de una estrella recién formada, así como un escenario en el que el gas fue producido por un cinturón cercano de asteroides helados. También consideraron un escenario en el que muchos cometas helados emitían gas desde un cinturón de asteroides distante, similar a nuestro propio cinturón de Kuiper. Pero los datos tampoco encajaban en ese escenario. El escenario final que consideró el equipo fue que el gas quedó de un impacto gigante.

«De todos los escenarios, solo él puede explicar todas las características de los datos», dice Schneiderman. «En los sistemas de esta era, esperamos que haya efectos gigantes, y esperamos que los efectos gigantes sean realmente muy comunes. Las escalas de tiempo funcionan, la edad funciona, las restricciones morfológicas y de composición funcionan. El único proceso plausible que puede producir monóxido de carbono en este sistema está en este contexto. Es un impacto enorme «.

El equipo estima que el gas se liberó de una colisión gigante que ocurrió hace al menos 200.000 años, lo suficientemente reciente como para que la estrella no haya tenido tiempo de destruir por completo el gas. Dependiendo de la abundancia del gas, es probable que el impacto sea enorme, involucrando a dos protoplanetas, probablemente del tamaño de la Tierra. El efecto fue tan grande que probablemente causó la explosión de parte de la atmósfera de un planeta, en forma de gas que el equipo observó hoy.

“Ahora hay potencial para trabajos futuros fuera de este sistema”, dice Schneiderman. «Demostramos que si encuentra monóxido de carbono en una ubicación y una morfología compatibles con un impacto gigante, proporciona una nueva forma de buscar impactos gigantes y comprender cómo se comportan los escombros después».

dice Helk Schleichting, profesor de ciencias terrestres, planetarias y espaciales en UCLA, que no participó en la investigación. «También abre la posibilidad de estudiar la composición de la atmósfera de planetas solares adicionales que sufren impactos gigantes, lo que eventualmente puede ayudar a arrojar luz sobre el estado de las atmósferas de los planetas terrestres durante su fase de impacto gigantesco».

Referencia: “Monóxido de carbono de un impacto gigante en el interior de un sistema joven” por Tajana Schneiderman, Luca Matra, Alan B. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Krall, Sebastian Marino, Karen I. Oberg y Kate Yell. Su, David J. Wellner y Mark C. White, 20 de octubre de 2021, disponible aquí. naturaleza temperamental.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

Esta investigación fue apoyada en parte por el Observatorio ALMA y la Fundación Simons.