Los sobrevuelos estelares dejan una marca permanente en los sistemas planetarios recién formados

¿Qué tienen en común UX Tauri, RW Aurigae, AS 205, Z CMajoris y FU Orionis? Son sistemas estelares jóvenes con discos donde podrían formarse planetas. Parece que esos discos fueron perturbados por sobrevuelos estelares u otros encuentros cercanos en el pasado reciente. Los astrónomos quieren saber: ¿interrumpieron esos eventos la formación de planetas en los discos? ¿Qué hacen? ¿Ocurre esto en otros sistemas? Y, ¿nuestro propio sistema solar experimentó un extraño encuentro en su juventud?

Algunas respuestas se encuentran en un estudio realizado por el astrónomo Nicolás Cuello de la Universidad de Grenoble Alpes, quien encabeza un equipo que estudia el papel de los sobrevuelos estelares. En un artículo reciente, analizan los procesos por los que pasan estos sistemas. Examinaron las posibilidades de que cualquier disco experimente un sobrevuelo/encuentro y clasificaron los tipos de encuentros. El equipo también estudió un conjunto de discos para comprender qué sucede durante cada tipo de encuentro y analizó las implicaciones de los sobrevuelos para la formación de planetas en otros sistemas. Finalmente, buscaron posibles pistas sobre un sobrevuelo que nuestro propio Sistema Solar podría haber experimentado.

¡Alerta de intruso! ¡Disco bajo ataque!

Todo comienza cuando el nacimiento de estrellas ocurre en nubes de gas y polvo. El proceso crea lotes de estrellas jóvenes y calientes agrupadas. Con el tiempo, algunos de esos grupos se disipan. Cuando las estrellas abandonan el nido, pueden pasar cerca de otros sistemas, provocando interrupciones en los discos de formación de planetas. Cuello y su equipo llegaron a la conclusión de que los encuentros cercanos despertarán o incluso interrumpirán estos discos en algún momento de su evolución.

FU Orionis y su nebulosa asociada. Es probable que la nebulosa haya sido interrumpida por un sobrevuelo, y el brillo es uno de los efectos del evento. Crédito de la imagen: ESO

“Los sobrevuelos estelares y los encuentros ocurren con más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente”, dijo Cuello en una discusión por correo electrónico. “Es probable que esto suceda cuando las estrellas son muy jóvenes (menos de un millón de años) y tienen discos de formación de planetas alrededor. Estos discos se ven muy afectados por la perturbación gravitatoria de las estrellas cercanas, lo que modifica las condiciones iniciales al inicio de la formación de planetas. Por eso hay que tenerlo en cuenta en nuestros modelos”.

Los sobrevuelos no son terriblemente raros, según Cuello. “Diría que al menos la mitad de las estrellas y sus discos se ven afectados/formados por sobrevuelos”, dijo. “Un aspecto importante a destacar es que la probabilidad de tales perturbaciones disminuye con el tiempo pero nunca llega a cero. Entonces, incluso las estrellas más evolucionadas (con sistemas planetarios alrededor) pueden experimentar un sobrevuelo durante su vida. En ese caso, algunos planetas podrían terminar en órbitas desalineadas con respecto al resto del sistema planetario o incluso ser capturados por la estrella perturbadora”.

¿Cuánto daño puede hacer un sobrevuelo estelar?

En las regiones típicas de formación de estrellas, las distancias importan. La mayoría de las estrellas con discos protoplanetarios experimentan sobrevuelos cercanos, dentro de las mil unidades astronómicas. Eso es equivalente a aproximadamente la mitad de la distancia entre el Sol y la Nube de Oort en nuestro Sistema Solar. Algunos de esos encuentros realmente pueden perturbar un disco. Por ejemplo, si una estrella intrusa viaja en una dirección progresiva, en una órbita parabólica que penetra el disco, puede causar suficiente daño como para alterar la forma del disco. A veces, el daño causado por un intruso provoca la formación de un segundo disco de material.

Esto es, de hecho, que esta pasando con la estrella FU Orionis. Gracias a un sobrevuelo estelar cercano que se estrelló contra su disco, FU Orionis parece aumentar su brillo por un factor de mil en aproximadamente un año. Y tales interrupciones también son evidentes en otros sistemas jóvenes.

Una galería de candidatos a sobrevuelo interrumpidos por sobrevuelos estelares se muestra con luz dispersa. Imágenes cortesía de Francois Menard (ISO-Oph 2, DO Tau, RW Aur y FU Ori cortesía de Iain Hammond), Nicolas Cuello, Daniel J. Price.

Durante algunos encuentros, el disco pasa por lo que se llama “truncamiento de marea”. Eso puede eliminar hasta el 80 por ciento de la masa del disco. Esto tiene un efecto catastrófico en la formación de planetas porque el encuentro reduce la cantidad de material necesario para formar protoplanetas. Tales sobrevuelos también podrían crear trampas de polvo. Teóricamente, esos podrían ser lugares donde los planetesimales podrían crecer, con suficiente tiempo.

En algunos casos, un sobrevuelo cercano puede dispersar planetas dentro de los sistemas, o incluso expulsar un planeta. Los que queden atrás podrían moverse a órbitas que recuerdan a las de Plutón: excéntricas y desalineadas con el plano del sistema (para ser claros, la extraña órbita de Plutón no se debe a un sobrevuelo. Es más probable que las influencias gravitatorias de Neptuno y otros planetas gigantes tengan formó su extraña órbita.)

Sobrevuelos estelares y nuestro sistema solar

¿Experimentó nuestro propio sistema solar sobrevuelos estelares durante su formación? Es una posibilidad que Cuello y sus colegas exploran en su artículo. Tal encuentro en o muy cerca de nuestra nube de nacimiento podría haber dado forma a la nebulosa solar. En última instancia, eso habría influido en el tamaño del disco y su masa. Es difícil saber cuántas veces pudo haber sucedido esto, pero sorprendentemente, la nebulosa protosolar donde nació el Sol quedó en una forma bastante circular y la mayoría de los planetas se mueven en órbitas bastante circulares y regulares.

Sistema solar en formación
Impresión artística del Sistema Solar primitivo en proceso. Los sobrevuelos estelares pueden haber ayudado a dar forma a la nube de nacimiento de los planetas. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Sin embargo, Cuello y su equipo concluyeron que la disposición orbital del sistema solar podría haber afectado la distribución de los Objetos transneptunianos (la región justo más allá de Neptuno, donde orbita Plutón). También es posible que una o más estrellas atravesaran e interrumpieran la Nube de Oort. Los astrónomos han encontrado algunos candidatos que están estudiando para ver si esta hipótesis se cumple.

Ciertamente, nuestro sistema solar ha experimentado otros encuentros más recientes durante su larga historia. Se cree que la Estrella de Scholz, por ejemplo, pasó a través de la Nube de Oort hace unos 70.000 años. Actualmente, esta estrella binaria se encuentra a unos 22 años luz de nosotros. El pasaje no pareció afectar las órbitas de ninguno de los planetas, pero probablemente tuvo un efecto muy pequeño en la cantidad de objetos de la Nube de Oort expulsados ​​en órbitas de largo período alrededor del Sol. Aún así, sigue siendo un ejemplo útil del efecto que una estrella que pasa puede tener en un sistema planetario o un disco protoplanetario.

Para más información

Encuentros cercanos: cómo los sobrevuelos estelares dan forma a los discos de formación de planetas

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