Un equipo dirigido por el MIT ha encontrado evidencia de un impacto gigante en el 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, destruyendo parte de la atmósfera de un planeta. Crédito: Mark A. Garlick

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

Los sistemas planetarios jóvenes a menudo experimentan dolores de crecimiento extremos cuando los cuerpos de los bebés 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 asumen que tales colisiones deberían ser comunes en los primeros sistemas, pero han sido difíciles de observar alrededor de otras estrellas.

Ahora los astrónomos en CON, la Universidad Nacional de Irlanda en Galway, la Universidad de Cambridge y otros lugares han encontrado 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 observó más evidencia de un impacto gigante alrededor de la estrella. Determinaron que la colisión probablemente ocurrió entre un planeta terrestre del tamaño 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 alta velocidad probablemente hizo explotar parte de la atmósfera del planeta, un evento dramático que explicaría el gas y el polvo observados alrededor de la estrella. Los descubrimientos, que aparecen hoy en Naturaleza, representan la primera detección de este tipo.

“Esta es la primera vez que detectamos este fenómeno, de una atmósfera protoplanetaria destruida por un impacto gigante”, dice la autora principal Tajana Schneiderman, estudiante graduada del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. “Todo el mundo está interesado en ver un impacto gigante porque esperamos que sea común, pero no tenemos evidencia en muchos sistemas de esto. Ahora tenemos información adicional sobre estas dinámicas. «

una clara señal

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 mucho más finos de lo que los astrónomos esperarían de un disco de escombros estelar típico.

“Debido a estos dos factores, el HD 172555 se consideró un sistema extraño”, dice Schneiderman.

Ella y sus colegas se preguntaron qué podría revelar el gas sobre el historial de impactos del sistema. Miraron los datos obtenidos por ALMA, 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. «Así que volvimos a analizar los datos de monóxido de carbono para HD 172555 porque era un sistema interesante».

como resultado

Con un 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 Venus‘atmósfera. También observaron que el gas circulaba 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 es normalmente vulnerable a la fotodisociación, un proceso en el que los fotones de una estrella se 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 apariencia abundante y cercana del gas.

Rápidamente descartaron un escenario en el que el gas emergiera de los restos de una estrella recién formada, así como uno en el que el gas fuera producido por un cinturón de asteroides helado. También consideraron un escenario en el que muchos cometas helados emitían gas desde un cinturón de asteroides distante, similar a nuestro propio cinturón de Kuiper. Pero los datos tampoco se ajustan a ese 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 era, esperamos que haya impactos masivos, y esperamos que los impactos masivos sean bastante comunes. Trabajos en escalas de tiempo, trabajos por edades y trabajos por limitaciones morfológicas y compositivas. 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 a dos protoplanetas, probablemente comparables en tamaño a la Tierra. El impacto fue tan grande que probablemente hizo explotar parte de la atmósfera de un planeta en forma de gas que el equipo observó hoy.

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

“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 terrestres, planetarias y espaciales en la Universidad de California en Los Ángeles, quien fue no participa 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 aclarar la condición atmosférica de los planetas terrestres durante su propia etapa de impacto gigante».

Referencia: “Gas de monóxido de carbono producido por un impacto gigante en la región interior de un sistema joven” por Tajana Schneiderman, Luca Matrà, Alan P. Jackson, Grant M. Kennedy, Quentin Kral, Sebastián Marino, Karin I. Öberg, Kate YL Su, David J. Wilner y Mark C. Wyatt, 20 de octubre de 2021, Naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

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