UN ESTUDIO APORTA NUEVAS PISTAS PARA COMPRENDER LA FORMACIÓN DE SISTEMAS PLANETARIOS

Científicos del Instituto de doble dependencia ICATE (CONICET – UNSJ) en colaboración con investigadores de Estados Unidos, Chile y Francia, detectaron por primera vez una anomalía química en un sistema binario con un planeta masivo tipo Super-Júpiter. El trabajo ha sido recientemente publicado en la prestigiosa revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

El equipo de trabajo es liderado por el Dr. Matías Flores Trivigno, investigador y docente de la FCEFN, y está integrado por el Dr. Jhon Galarza del Observatorio de Carnegie (Estados Unidos), el Dr. Marcelo Jaque Arancibia, investigador de la Universidad de La Serena (Chile), y la Dra. Romina Ibáñez del Laboratorio Lagrange (Francia).

Estos estudios son esenciales para comprender los procesos y condiciones que posiblemente llevaron a la creación de nuestro sistema solar y también al de otros sistemas planetarios.

 

ENTREVISTA A MATÍAS FLORES

¿Cuál es el objetivo principal de este trabajo?

Estos estudios surgen a partir de un estudio inicial que se hizo con el Sol. Se estudia y compara el Sol con estrellas parecidas en parámetros de gravedad y temperatura y se encuentra que el Sol tiene falta de ciertos elementos químicos, de ahí surge la hipótesis de la marca química como consecuencia de la formación de planetas (Meléndez et al. 2009).

Nuestro objetivo es testear, a partir del estudio del sistema binario HD196067-68, si hay evidencias de la marca química como consecuencia del proceso de formación de planetas, tal como ha sido propuesto para el Sol y otros sistemas.

En otras palabras, los elementos químicos faltantes en las fotósferas de las estrellas podrían haber sido utilizados para la creación de planetas, asteroides, discos, e incluso para la formación de posibles núcleos rocosos en planetas gaseosos.

Si bien este escenario resulta atractivo, al día de la fecha existen mecanismos alternativos que podrían explicar dichas anomalías químicas. Tal es así, que en la actualidad el origen de estos patrones químicos sigue bajo discusión. Es por este motivo que estos tipos de estudios son de gran importancia.

¿Bajo qué procedimientos se realizan estudios químicos de estrellas que están tan lejos de nuestro planeta?

Primero se hace una búsqueda detallada de sistemas binarios que cumplan ciertas características. Por un lado, las estrellas tienen que ser lo más parecidas posible entre sí, es decir, deben tener parámetros atmosféricos similares (como por ejemplo, temperatura y gravedad superficial). Este requerimiento nos permite alcanzar una mayor precisión en el cálculo de los parámetros fundamentales y en las abundancias químicas de ambas estrellas.

Por otro lado, y preferentemente, al menos una de las 2 componentes del sistema debe poseer un planeta. Es oportuno mencionar, que hay muy pocos objetos que cumplen las condiciones anteriormente mencionadas.

Una vez que la muestra de sistemas binarios ha sido confeccionada, el paso siguiente consiste en realizar las observaciones. Las mismas, al ser un estudio de alta precisión, deben ser de buena calidad, por lo que es necesario contar con observaciones de alta relación señal ruido.

Luego de la adquisición de estos datos, se realiza la medición manual de los anchos equivalentes (siendo este una medida cuantitativa de la intensidad de una línea de absorción) para aproximadamente 700 líneas espectrales de distintos elementos químicos en cada una de las estrellas. Posteriormente, se utilizan distintos códigos computacionales que nos permiten realizar el cálculo de los parámetros fundamentales y las abundancias químicas de ambas estrellas.

Nuestra investigación fue realizada mediante observaciones públicas adquiridas con el espectrógrafo HARPS (por sus siglas en inglés, High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), instalado en el telescopio de 3.6 metros de ESO en La Silla, Chile.

¿Qué es un sistema binario?

Un sistema binario estelar consiste de un par de estrellas que orbitan alrededor de su centro de masa común debido a la gravedad mutua. Algunos sistemas binarios particulares (por ejemplo, HD196067-68) son laboratorios ideales para testear diversos procesos físicos, tal como la marca química de formación de planetas.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS ESTRELLAS

¿Por qué es importante saber el comportamiento y la composición química de estas estrellas?

El estudio de las abundancias químicas de las estrellas es fundamental en Astrofísica por varias razones. En particular, y desde hace unos pocos años, nuestro grupo tiene como objetivo explorar la conexión química estrella-planeta.

En otras palabras, queremos determinar si el proceso de formación de planetas es capaz de “imprimir” o no un patrón químico detallado en las atmósferas de las estrellas.

Si bien en la actualidad se conocen ciertas tendencias globales, tales como que la frecuencia de estrellas de secuencia principal con planetas gigantes aumenta con respecto a la metalicidad, hoy en día hay una fuerte discusión en torno a la posible marca química como consecuencia del proceso de formación de planetas.

Esto se debe principalmente a que existen otros mecanismos (por ejemplo, separación de gas y polvo, evolución química galáctica, edad estelar, acreción de planetas, etc.) que pueden afectar los patrones químicos observados. Afortunadamente, la mayoría de estos efectos pueden disminuirse mediante el análisis de sistemas binarios con componentes similares (misma edad y composición química), tales como el sistema HD196067-68 analizado por nuestro grupo.

Los resultados de nuestra investigación indican que el objeto HD196067 posee una clara deficiencia de elementos refractarios, un menor contenido de hierro (Fe, 0.051 dex) y también un menor contenido de litio (Li I, 0.14 dex) que su compañera, la estrella HD196068. Además, las abundancias diferenciales revelan una fuerte tendencia con la temperatura de condensación.

Estos objetos representan el primer caso de una clara anomalía química detectada en un sistema binario que alberga un planeta masivo tipo Super-Júpiter.

Adicionalmente, nuestro equipo exploró los distintos escenarios que podrían explicar dichas anomalías (formación, acreción de planetas, y separación de gas y polvo), concluyendo que, si bien bajo ciertas condiciones no es posible rechazar ninguno de ellos, la posible acreción de planetas por parte de HD196068 resulta la menos probable.

Este hallazgo es importante, debido a que una publicación reciente asocia las anomalías químicas de HD196068 directamente a la acreción de planetas (Spina et al. 2021).

Una versión preliminar del trabajo puede encontrarse en el siguiente link: https://academic.oup.com/mnras/advance-article/doi/10.1093/mnras/stad3714/7459956?utm_source=advanceaccess&utm_campaign=mnras&utm_medium=email