Primera observación de un planeta gigante alrededor de una enana blanca

Ilustración de la enana blanca WDJ0914+1914 y su exoplaneta tipo Neptuno, que como orbita a corta distancia, la extrema radiación ultravioleta de la estrella despoja al planeta de su atmósfera. Mientras que la mayoría de este gas se escapa, parte de él se arremolina en un disco, acretándose alrededor de la enana blanca. / ESO/M. Kornmesser

«Fue uno de esos descubrimientos fortuitos», dice el investigador Boris Gänsicke, de la Universidad de Warwick (Reino Unido), para referirse al primer planeta gigante descubierto alrededor de una enana blanca, un hallazgo que esta semana se publica en Nature.

Su equipo había estudiado alrededor de 7.000 enanas blancas (remanentes de estrellas como el Sol) observadas por el sondeo Sloan Digital Sky Survey y encontró una diferente a las demás. Al analizar sutiles variaciones en la luz de la estrella, encontraron rastros de elementos químicos en cantidades que los científicos nunca antes habían observado en una enana blanca.

Se detectó un disco de gas alrededor de la enana blanca que solo podía provenir de la evaporación de un planeta gigante

«Sabíamos que tenía que haber algo excepcional en este sistema, y especulamos que podría estar relacionado con algún tipo de remanente planetario», apunta Gänsicke.

Para obtener más información sobre las propiedades de esta inusual estrella, llamada WDJ0914+1914, los investigadores la analizaron con el instrumento X-shooter, instalado en el VLT (Very Large Telescope) del Observatorio Europeo Austral (ESO), en el desierto chileno de Atacama.

Estas observaciones de seguimiento confirmaron la presencia de hidrógeno, oxígeno y azufre en el entorno de la enana blanca. Al estudiar los detalles finos en los espectros tomados por X-shooter, el equipo descubrió que estos elementos estaban en un disco de gas que giraba hacia la enana blanca y que no provenían de la propia estrella.

«Se necesitaron varias semanas de trabajo para llegar a la conclusión de que la única manera de hacer un disco de este tipo es la evaporación de un planeta gigante», afirmó Matthias Schreiber, de la Universidad de Valparaíso, en Chile, quien computó la evolución pasada y futura de este sistema.

Las cantidades detectadas de hidrógeno, oxígeno y azufre son similares a las que se encuentran en las capas atmosféricas profundas de planetas gigantes helados como Neptuno y Urano.

Si un planeta de este tipo estuviera orbitando cerca de una enana blanca caliente, la extrema radiación ultravioleta de la estrella lo despojaría sus capas externas y parte de este gas arrancado se arremolinaría en un disco, acretándose sobre la enana blanca. Esto es lo que los científicos creen que están viendo alrededor de WDJ0914+1914: el primer planeta evaporador que orbita a una enana blanca.

Una enana caliente y un gigante helado

Combinando datos observacionales con modelos teóricos, el equipo de astrónomos de Reino Unido, Chile y Alemania fue capaz de definir una imagen más clara de este sistema único. La enana blanca es pequeña y es extremadamente caliente: 28.000 °C (cinco veces la temperatura del Sol).

Por el contrario, el planeta es helado y grande, al menos el doble de grande que la estrella. Puesto que orbita a la enana blanca caliente a corta distancia, haciendo su órbita completa en sólo 10 días, los fotones de alta energía de la estrella le están arrancando la atmósfera de forma gradual.

La mayoría del gas se escapa, pero una parte es atrapado en un disco que se arremolina alrededor de la estrella a una velocidad de 3.000 toneladas por segundo. Este disco es el que hace visible al planeta de tipo Neptuno que, de otro modo, permanecería oculto.

El descubrimiento también abre una nueva ventana para saber más sobre el destino final de los sistemas planetarios

«Es la primera vez que podemos medir las cantidades de gases como el oxígeno y el azufre en el disco, lo cual proporciona pistas sobre la composición de las atmósferas de exoplanetas», dice Odette Toloza, de la Universidad de Warwick, que desarrolló un modelo para el disco de gas que rodea a la enana blanca.

Por su parte, Gänsicke añade: «El descubrimiento también abre una nueva ventana para saber más sobre el destino final de los sistemas planetarios».

Las estrellas como nuestro Sol queman hidrógeno en sus núcleos durante la mayor parte de sus vidas. Una vez se quedan sin este combustible, se hinchan, convirtiéndose en estrellas gigantes rojas, cientos de veces más grandes y envolviendo planetas cercanos.

En el caso del sistema solar, esto incluirá Mercurio, Venus e incluso la Tierra, que será consumida por el Sol gigante rojo en unos 5.000 millones de años. Al final, las estrellas similares al Sol pierden sus capas externas, dejando atrás sólo un núcleo moribundo, una enana blanca.

Estos restos estelares todavía pueden albergar planetas y se cree que hay muchos de estos sistemas estelares en nuestra galaxia. Sin embargo, hasta ahora, los científicos nunca habían encontrado evidencias de un planeta gigante superviviente alrededor de una enana blanca.

La enana blanca WDJ0914+1914 y su exoplaneta se localizan a unos 1.500 años luz de distancia, en la constelación de Cáncer

La detección de un exoplaneta en órbita alrededor de WDJ0914+1914, situado a unos 1.500 años luz de distancia, en la constelación de Cáncer, puede ser la primera de muchos que orbiten estrellas de este tipo.

A solo 10 millones de km de su estrella

Según el equipo de investigación, el exoplaneta orbita la enana blanca a una distancia de sólo 10 millones de kilómetros, o 15 veces el radio solar, lo cual indica que en el pasado debió estar sumergida en las profundidades de la estrella gigante roja.

La inusual posición del planeta implica que, en algún momento después de que la estrella anfitriona se convirtiera en una enana blanca, el planeta se acercó a ella. Los astrónomos creen que esta nueva órbita podría ser el resultado de interacciones gravitacionales con otros planetas del sistema, lo que significa que más de un planeta pudo haber sobrevivido a la violenta transición de su estrella anfitriona.

«Hasta hace poco, muy pocos astrónomos se paraban a pensar en el destino de los planetas que orbitaban estrellas moribundas. Este descubrimiento de un planeta que orbita cerca de un núcleo estelar acabado demuestra firmemente que el universo está desafiando una y otra vez a nuestras mentes, impulsándonos a ir más allá de nuestras ideas establecidas», concluye Gänsicke.