Los astrónomos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS) han descubierto que la composición química de una estrella puede ejercer una influencia inesperada en su sistema planetario, un descubrimiento que fue posible gracias a un estudio en curso del SDSS de estrellas vistas por la nave espacial Kepler de la NASA. y uno que promete ampliar nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los planetas extrasolares.

"Sin estas medidas detalladas y precisas del contenido de hierro de las estrellas, nunca podríamos haber hecho esta medida, "dice Robert Wilson, estudiante de posgrado en astronomía en la Universidad de Virginia y autor principal del artículo que anuncia los resultados.

El equipo presentó sus resultados hoy en la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS) en National Harbor, Maryland. Usando datos SDSS, encontraron que las estrellas con concentraciones más altas de hierro tienden a albergar planetas que orbitan bastante cerca de su estrella anfitriona, a menudo con períodos orbitales de menos de unos ocho días, mientras que las estrellas con menos hierro tienden a albergar planetas con períodos más largos que están más distantes de su estrella anfitriona. Una mayor investigación de este efecto puede ayudarnos a comprender la variedad completa de sistemas planetarios extrasolares en nuestra galaxia, y arrojar luz sobre por qué los planetas se encuentran donde están.

La historia de los planetas alrededor de estrellas similares al sol comenzó en 1995, cuando un equipo de astrónomos descubrió un solo planeta orbitando una estrella similar al sol a 50 años luz de la Tierra. El ritmo de descubrimiento se aceleró en 2009, cuando la NASA lanzó la nave espacial Kepler, un telescopio espacial diseñado para buscar planetas extrasolares. Durante su misión primaria de cuatro años, Kepler monitoreó miles de estrellas a la vez, observando la diminuta atenuación de la luz de las estrellas que indica que un planeta pasa frente a su estrella anfitriona. Y como Kepler miró las mismas estrellas durante años, vio sus planetas una y otra vez, y así fue capaz de medir el tiempo que tarda el planeta en orbitar su estrella. Esta información revela la distancia entre una estrella y un planeta, con planetas más cercanos orbitando más rápido que los más lejanos. Gracias al seguimiento incansable de Kepler, el número de exoplanetas con períodos orbitales conocidos aumentó drásticamente, de aproximadamente 400 en 2009 a más de 3, 000 hoy.

Aunque Kepler fue perfectamente diseñado para detectar planetas extrasolares, no fue diseñado para aprender sobre las composiciones químicas de las estrellas alrededor de las cuales orbitan esos planetas. Ese conocimiento proviene del Experimento de Evolución Galáctica del Observatorio Apache Point del SDSS (APOGEE), que ha estudiado cientos de miles de estrellas en toda la Vía Láctea. APOGEE trabaja recopilando un espectro para cada estrella, una medida de la cantidad de luz que emite la estrella en diferentes longitudes de onda (colores) de luz. Debido a que los átomos de cada elemento químico interactúan con la luz en su propia forma característica, un espectro permite a los astrónomos determinar no solo qué elementos contiene una estrella, pero también cuánto, para todos los elementos, incluido el elemento clave hierro.

"Todas las estrellas similares al sol son en su mayoría hidrógeno, pero algunos contienen más hierro que otros, "dice Johanna Teske de la Carnegie Institution for Science, miembro del equipo de investigación. "La cantidad de hierro que contiene una estrella es una pista importante de cómo se formó y cómo evolucionará a lo largo de su vida".

Combinando datos de estas dos fuentes, las órbitas planetarias de Kepler y la química estelar de APOGEE, los astrónomos han aprendido acerca de las relaciones entre estas estrellas "enriquecidas con hierro" y los sistemas planetarios que contienen.

"Sabíamos que el enriquecimiento de elementos de una estrella sería importante para su propia evolución, "dice Teske, "Pero nos sorprendió saber que también es importante para la evolución de su sistema planetario".

El trabajo presentado hoy se basa en trabajos anteriores, dirigido por Gijs Mulders de la Universidad de Arizona, utilizando una muestra de espectros más grande pero menos precisa del proyecto LAMOST-Kepler. (LAMOST, el telescopio espectroscópico de fibra multiobjeto de gran área, es un estudio del cielo chino). Mulders y sus colaboradores encontraron una tendencia similar — planetas más cercanos que orbitan más estrellas ricas en hierro — pero no precisaron el período crítico de ocho días.

"Es alentador ver una confirmación independiente de la tendencia que encontramos en 2016, "dice Mulders." La identificación del período crítico realmente muestra que Kepler es el regalo que sigue dando ".

Lo que es particularmente sorprendente sobre el nuevo resultado, Wilson explicó, es que las estrellas enriquecidas con hierro tienen solo alrededor de un 25 por ciento más de hierro que las otras en la muestra. "Es como agregar cinco octavos de cucharadita de sal en una receta de magdalenas que requiere media cucharadita de sal, entre todos sus demás ingredientes. Todavía me comería esa magdalena, "Eso realmente nos muestra cómo incluso pequeñas diferencias en la composición estelar pueden tener profundos impactos en los sistemas planetarios".

Pero incluso con este nuevo descubrimiento, Los astrónomos se quedan con muchas preguntas sin respuesta sobre cómo se forman y evolucionan los planetas extrasolares, especialmente planetas del tamaño de la Tierra o un poco más grandes ("super-Tierras"). ¿Las estrellas ricas en hierro forman intrínsecamente planetas con órbitas más cortas? ¿O es más probable que los planetas que orbitan estrellas ricas en hierro se formen más lejos y luego migren a un período más corto? órbitas más cercanas? Wilson y sus colaboradores esperan trabajar con otros astrónomos para crear nuevos modelos de discos protoplanetarios para probar ambas explicaciones.

"Estoy emocionado de que todavía tengamos mucho que aprender sobre cómo las composiciones químicas de las estrellas impactan en sus planetas, particularmente sobre cómo se forman los pequeños planetas, "Teske dice". Además, APOGEE proporciona muchas más abundancias químicas estelares además del hierro, por lo que es probable que haya otras tendencias enterradas en este rico conjunto de datos que aún tenemos que explorar ".