Los astrónomos detectan signos de una atmósfera despojada de un planeta durante un impacto gigante

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

Un equipo liderado por el MIT ha descubierto evidencia de un impacto gigante en el cercano sistema estelar HD 17255, en el que un planeta terrestre del tamaño de la Tierra y un impactador más pequeño probablemente colisionaron hace al menos 200.000 años, despojando parte de la atmósfera del planeta.
Crédito Imagen: Mark A. Garlick.

Los sistemas planetarios jóvenes generalmente experimentan dolores de crecimiento extremos, ya que los cuerpos los cuerpos en formación, chocan y se fusionan para formar planetas progresivamente más grandes. En nuestro propio Sistema Solar, se cree que la Tierra y la Luna son productos de este tipo de impacto gigante. Los astrónomos conjeturan que tales aplastamientos deberían ser comunes en los primeros sistemas, pero han sido difíciles de observar alrededor de otras estrellas.

Ahora, los astrónomos del MIT, la Universidad Nacional de Irlanda en Galway, la Universidad de Cambridge y otros lugares han descubierto evidencia de un impacto gigante que ocurrió 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 una colisión reciente.

El equipo dirigido por el MIT ha observado más pruebas de un impacto gigante alrededor de la estrella. Determinaron que la colisión probablemente ocurrió entre un planeta terrestre del tamaño aproximado de la Tierra y un impactador más pequeño hace al menos 200,000 años, a velocidades de 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 destruyó parte de la atmósfera del planeta más grande, un evento dramático que explicaría el gas y el polvo observados alrededor de la estrella. Los hallazgos, que aparecen hoy en Nature, representan la primera detección de este tipo.

“Esta es la primera vez que detectamos este fenómeno, de una atmósfera protoplanetaria despojada en un impacto gigante”, dice la autora principal Tajana Schneiderman, estudiante graduada en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. “Todos están interesados ​​en observar un impacto gigante porque esperamos que sean comunes, pero no tenemos evidencia en muchos sistemas para ello. Ahora tenemos información adicional sobre estas dinámicas».

Una 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 la estrella contiene grandes cantidades de minerales inusuales, en granos que son mucho más finos de lo que los astrónomos esperarían de un disco de escombros estelar típico.

«Debido a estos dos factores, se ha pensado que HD 172555 es este sistema extraño», dice Schneiderman.

Ella y sus colegas se preguntaron qué podría revelar el gas sobre el historial de impactos del sistema. Buscaron datos tomados por ALMA, el Atacama Large Millimeter Array en Chile, que comprende 66 radiotelescopios, cuyo espaciado se puede ajustar para aumentar o disminuir la resolución de sus imágenes. El equipo examinó los datos del archivo público 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 suele ser el más brillante y, por lo tanto, el más fácil de encontrar”, dice Schneiderman. «Entonces, volvimos a mirar los datos de monóxido de carbono para HD 172555 porque era un sistema interesante».

Los resultados

Con un nuevo análisis cuidadoso, el equipo pudo detectar monóxido de carbono alrededor de la estrella. Cuando midieron su abundancia, encontraron que el gas representaba el 20 por ciento del monóxido de carbono que se encuentra en la atmósfera de Venus. También observaron que el gas estaba dando vueltas en grandes cantidades, sorprendentemente cerca de la estrella, a unas 10 unidades astronómicas, o 10 veces la distancia entre la Tierra y el Sol.

«La presencia de monóxido de carbono tan cerca requiere alguna explicación», dice Schneiderman.

Esto se debe a que el monóxido de carbono suele ser vulnerable a la foto disociación, un proceso en el que los fotones de una estrella descomponen y destruyen la molécula. A corta distancia, normalmente habría muy poco monóxido de carbono tan cerca de una estrella. Entonces, el grupo probó varios escenarios para explicar la presencia abundante y cercana del gas.

Rápidamente descartaron un escenario en el que el gas surgiera de los escombros de una estrella recién formada, así como uno en el que el gas fuera 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 lejano, similar a nuestro propio cinturón de Kuiper. Pero los datos tampoco encajaban en este escenario. El último escenario que consideró el equipo fue que el gas era un remanente de un impacto gigante.

“De todos los escenarios, es el único que puede explicar todas las características de los datos”, dice Schneiderman. “En los sistemas de esta edad, esperamos que haya impactos gigantes, y esperamos que los impactos gigantes sean realmente bastante comunes. Las escalas de tiempo funcionan, la edad funciona y las limitaciones morfológicas y compositivas funcionan. El único proceso plausible que podría producir monóxido de carbono en este sistema en este contexto es un impacto gigante”.

El equipo estima que el gas se liberó de un impacto gigante que ocurrió hace al menos 200.000 años, lo suficientemente reciente como para que la estrella no hubiera tenido tiempo de destruir por completo el gas. Basado en la abundancia del gas, el impacto probablemente fue masivo, involucrando dos proto-planetas, probablemente comparables en tamaño a la Tierra. El impacto fue tan grande que probablemente voló parte de la atmósfera de un planeta, en forma de gas que el equipo observó ahora.

“Ahora existe la posibilidad de trabajo futuro más allá de este sistema”, dice Schneiderman. «Estamos demostrando que, si encuentras monóxido de carbono en un lugar y una morfología consistente con un impacto gigante, ello proporciona una nueva vía para buscar impactos gigantes y comprender cómo se comportan los escombros después».

“Lo que es particularmente emocionante de este trabajo, en mi opinión, es que demuestra la importancia de la pérdida atmosférica por impactos gigantes”, dice Hilke Schlichting, Profesora de Ciencias de la Tierra, Planetarias y Espaciales en la Universidad de California en Los Ángeles, quien no participó en la investigación. «También abre la posibilidad de estudiar la composición de las atmósferas de los planetas extrasolares que sufren impactos gigantes, lo que en última instancia puede ayudar a arrojar luz sobre la condición atmosférica de los planetas terrestres durante su propia etapa de impacto gigante».

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

Fuente: Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Artículo original: Astronomers detect signs of an atmosphere stripped from a planet during giant impact‘. Jennifer Chu. October 20, 2021.

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