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Los sistemas planetarios jóvenes suelen experimentar dolores de crecimiento extremos, ya que los cuerpos infantiles chocan y se fusionan para formar planetas progresivamente más grandes. En nuestro propio sistema solar, se cree que la Tierra y la Luna son producto de este tipo de impacto gigante. Los astrónomos suponen que este tipo de choques debería ser habitual en los sistemas primitivos, pero ha sido difícil observarlos alrededor de otras estrellas.
Ahora, astrónomos del MIT, de la Universidad Nacional de Irlanda en Galway y de la Universidad de Cambridge, entre otros, han descubierto pruebas de un impacto gigante ocurrido 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 han sospechado que su polvo tiene rastros de una colisión reciente. Los hallazgos, que aparecen hoy en Nature, representan la primera detección de este tipo.
El equipo dirigido por el MIT ha observado nuevas pruebas de un impacto gigante alrededor de la estrella. Determinaron que la colisión probablemente se produjo entre un planeta terrestre de tamaño aproximado a 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.
Y lo que es más importante, detectaron gas que indicaba que ese impacto a alta velocidad probablemente hizo volar parte de la atmósfera del planeta mayor, un acontecimiento dramático que explicaría el gas y el polvo observados alrededor de la estrella.
"Es la primera vez que detectamos este fenómeno, el de una atmósfera protoplanetaria despojada en un impacto gigante".
"Todo el mundo está interesado en observar un impacto gigante porque esperamos que sean comunes, pero no tenemos pruebas en muchos sistemas para ello. Ahora tenemos una visión adicional de esta dinámica", afirma la autora principal, Tajana Schneiderman, estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.
Una señal clara
La estrella HD 172555 ha sido objeto de intriga entre los astrónomos debido a la inusual composición de su polvo. Las observaciones realizadas en 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 para un típico disco de desechos estelares.
"Debido a estos dos factores, se ha pensado que HD 172555 es un sistema extraño", dice Schneiderman.
"Cuando se quiere estudiar el gas en los discos de desechos, el monóxido de carbono suele ser el más brillante y, por tanto, el más fácil de encontrar", explica Schneiderman.
"Así que volvimos a mirar los datos de monóxido de carbono de HD 172555 porque era un sistema interesante".
En la secuela
Con un cuidadoso reanálisis, el equipo pudo detectar monóxido de carbono alrededor de la estrella. Cuando midieron su abundancia, descubrieron que el gas equivalía al 20 por ciento del monóxido de carbono encontrado en la atmósfera de Venus. También observaron que el gas daba vueltas 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 suele ser vulnerable a la fotodisociación, un proceso en el que los fotones de una estrella descomponen y destruyen la molécula. A corta distancia, normalmente habría muy poco monóxido de carbono tan cerca de una estrella. Por ello, el grupo probó varias hipótesis para explicar la abundancia del gas a corta distancia.
Rápidamente descartaron una hipótesis en la que el gas procediera de los restos de una estrella recién formada, así como otra en la que el gas fuera producido por un cinturón de asteroides helados cercanos. También consideraron una hipótesis en la que el gas fuera emitido por muchos cometas helados procedentes de un cinturón de asteroides lejano, similar a nuestro cinturón de Kuiper. Pero los datos tampoco se ajustaban a esta hipótesis. El último escenario que el equipo consideró fue que el gas fuera un remanente de un impacto gigante.
"De todas las hipótesis, es la única que puede explicar todas las características de los datos", dice Schneiderman. "En sistemas de esta edad, esperamos que haya impactos gigantes, y esperamos que los impactos gigantes sean realmente muy comunes. Las escalas de tiempo se ajustan, la edad se ajusta y las restricciones morfológicas y de composición se ajustan. El único proceso plausible que podría producir monóxido de carbono en este sistema en este contexto es un impacto gigante".
"Ahora existe la posibilidad de trabajar en el futuro más allá de este sistema", dice Schneiderman.
"Estamos demostrando que, si se encuentra monóxido de carbono en un lugar y con una morfología consistente con un impacto gigante, esto proporciona una nueva vía para buscar impactos gigantes y entender cómo se comportan los desechos en las secuelas".
Fuentes, créditos y referencias:
Tajana Schneiderman, Carbon monoxide gas produced by a giant impact in the inner region of a young system, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03872-x. www.nature.com/articles/s41586-021-03872-x
Imagen:Concepto artístico que ilustra una colisión catastrófica entre dos exoplanetas rocosos en el sistema planetario BD +20 307, convirtiendo a ambos en restos de polvo. Hace diez años, los científicos especularon que el polvo caliente de este sistema era el resultado de una colisión entre planetas. Ahora, SOFIA ha encontrado aún más polvo caliente, lo que apoya aún más que dos exoplanetas rocosos colisionaron. Esto ayuda a construir una imagen más completa de la historia de nuestro propio sistema solar. Una colisión de este tipo podría ser similar al tipo de evento catastrófico que acabó creando nuestra Luna.
Créditos: NASA/SOFIA/Lynette Cook