Atrapados en el Acto: Astrónomos detectan por primera vez una estrella que devora un planeta.

Este concepto artístico muestra un planeta que se va espiralizando gradualmente hacia su estrella anfitriona. El planeta del tamaño de Júpiter le arrebata gas a la estrella, enviándolo al espacio exterior. Allí, el gas se enfría y se convierte en polvo, que es visible para los astrónomos. Crédito: R. Hurt & K. Miller (Caltech/IPAC)

Una estrella que se acerca al final de su vida se hincha y absorbe un planeta del tamaño de Júpiter. En aproximadamente 5 mil millones de años, nuestro Sol pasará por una transición similar al final de su vida.

En un descubrimiento innovador, los astrónomos observaron por primera vez una estrella envejecida consumiendo un planeta, lo que proporciona información sobre el destino eventual de nuestro Sol, el cual pasará por un proceso similar en aproximadamente 5 mil millones de años.

Un nuevo estudio publicado en la revista Nature documenta la primera observación de una estrella envejecida tragándose a un planeta. Después de agotar el combustible en su núcleo, la estrella comenzó a crecer de tamaño, disminuyendo la brecha con su planeta vecino y eventualmente lo consumió por completo. En aproximadamente 5 mil millones de años, nuestro Sol pasará por un proceso similar de envejecimiento, posiblemente alcanzando 100 veces su diámetro actual y convirtiéndose en lo que se conoce como una gigante roja. Durante ese estiramiento de crecimiento, absorberá a Mercurio, Venus y posiblemente a la Tierra.

Los astrónomos han identificado muchas estrellas gigantes rojas y han sospechado que en algunos casos consumen planetas cercanos, pero el fenómeno nunca antes había sido observado directamente. "Este tipo de evento ha sido predicho durante décadas, pero hasta ahora nunca hemos observado cómo se desarrolla este proceso", dijo Kishalay De, astrónomo del Massachusetts Institute of Technology en Cambridge y autor principal del estudio.

La desaparición gradual de un planeta que orbita una estrella anfitriona en crecimiento se ilustra en este video. El planeta le arrebata un rociado de gas a la estrella mientras se espiraliza hacia ella. Una vez que el planeta es devorado, la estrella aumenta en brillo y tamaño, pero eventualmente regresa a su estado anterior a la fusión. 

Los investigadores descubrieron el evento, formalmente llamado ZTF SLRN-2020, utilizando múltiples observatorios terrestres y la nave espacial NEOWISE (Near-Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer) de la NASA, que es administrada por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la agencia. El planeta probablemente tenía el tamaño de Júpiter, con una órbita aún más cercana a su estrella que la de Mercurio con respecto a nuestro Sol. La estrella se encuentra al comienzo de la fase final de su vida: la fase de gigante roja, que puede durar más de 100,000 años.

A medida que la estrella se expandía, su atmósfera exterior eventualmente rodeó al planeta. La resistencia de la atmósfera hizo que el planeta se desacelerara, disminuyendo su órbita y eventualmente enviándolo debajo de la superficie visible de la estrella, como un meteorito quemándose en la atmósfera terrestre. La transferencia de energía causó que la estrella aumentara temporalmente de tamaño y brillara unas cien veces más brillante. Observaciones recientes muestran que la estrella ha regresado al tamaño y brillo que tenía antes de fusionarse con el planeta.

Este concepto artístico muestra el Wide-field Infrared Survey Explorer, o WISE, en su órbita alrededor de la Tierra. En su misión NEOWISE, encuentra y caracteriza asteroides. 

El destello de luz óptica (visible al ojo humano) después de la muerte del planeta apareció en las observaciones del Zwicky Transient Facility (ZTF) liderado por Caltech, un instrumento basado en el Observatorio Palomar en el sur de California que busca eventos cósmicos que cambian de brillo rápidamente, a veces en cuestión de horas. De estaba usando ZTF para buscar eventos llamados novas, cuando una estrella muerta y colapsada (conocida como una enana blanca) canibaliza gas caliente de otra estrella cercana. Las novas siempre están rodeadas por flujos de gas caliente, pero observaciones de seguimiento del destello por otros telescopios terrestres mostraron gas y polvo mucho más frío rodeando a la estrella, lo que significa que no se parecía a una nova ni a ninguna otra cosa que De haya visto antes.

Así que recurrió al observatorio NEOWISE, que escanea todo el cielo en luz infrarroja (un rango de longitudes de onda más largo que la luz visible) cada seis meses. Lanzado en 2009 y originalmente llamado WISE, el observatorio produce mapas de todo el cielo que permiten a los astrónomos ver cómo cambian los objetos con el tiempo.

Este es un mosaico de imágenes que cubren todo el cielo como se observa desde el Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), como parte de su lanzamiento de datos de todo el cielo. 

Looking at the NEOWISE data, De saw that the star brightened almost a year before ZTF spotted the flash. That brightening was evidence of dust (which emits infrared light) forming around the star. De and his colleagues think the dust indicates that the planet didn’t go down without a fight and that it pulled hot gas away from the puffy star’s surface as it spiraled toward its doom. As the gas drifted out into space, it would have cooled and become dust – like water vapor becoming snow. Even more gas was then flung into space during the collision of the star and the planet, producing more dust visible to both the ground-based infrared observatories and NEOWISE.

“Very few things in the universe brighten in infrared light and then brighten in optical light at different times,” said De. “So the fact that NEOWISE saw the star brighten a year before the optical eruption was critical to figuring out what this event was.”

Five billion years from now, when our Sun is expected to become a red giant, swallowing up Mercury, Venus, and possibly Earth, the light show should be much more subdued, according to De, since those planets are many times smaller than the Jupiter-size planet in the ZTF-captured event.

“If I were an observer looking at the solar system 5 billion years from now, I might see the Sun brighten a little, but nothing as dramatic as this, even though it will be the exact same physics at work,” he said.

Most mid-size stars will eventually become red giants, and theorists think that a handful of them consume nearby planets each year in our galaxy. The new observations provide astronomers with a template for what those events should look like, opening up the possibility of finding more.

“This discovery shows that it’s worthwhile to take observations of the entire sky and archive them, because we don’t yet know all of the interesting events we might be capturing,” said Joe Masiero, deputy principal investigator for NEOWISE at IPAC at Caltech. “With the NEOWISE archive, we can look back in time. We can find hidden treasures or learn something about an object that no other observatory can tell us.”

For more on this discovery:

Launched in 2009, the WISE mission surveyed the entire sky in infrared light twice, capturing images of around three-quarters of a billion celestial objects, such as distant galaxies, stars, and asteroids. The mission concluded in 2011, but in 2013, NASA repurposed the spacecraft for tracking asteroids and other near-Earth objects (NEOs), rebranding both the mission and the spacecraft as NEOWISE.

NASA’s Astrophysics Division within the Science Mission Directorate had JPL manage and operate WISE, with Edward Wright from UCLA serving as the principal investigator. The mission was competitively chosen under NASA’s Explorers Program, managed by the agency’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

JPL manages and operates the NEOWISE mission on behalf of NASA’s Planetary Defense Coordination Office within the Science Mission Directorate in Washington. The University of Arizona hosts the principal investigator, Amy Mainzer. The Space Dynamics Laboratory in Logan, Utah, constructed the scientific instrument, while Ball Aerospace & Technologies Corp. of Boulder, Colorado, built the spacecraft. IPAC at Caltech in Pasadena handles science data processing, and Caltech manages JPL for NASA.