El Sol como una estrella enana blanca

¿Qué pasará con todos los planetas interiores, planetas enanos, gigantes gaseosos y asteroides en el Sistema Solar cuando el Sol se convierta en una enana blanca? Esa pregunta está actualmente en estudio por un investigador de la NASA que está construyendo un modelo de cómo podría evolucionar nuestro Sistema Solar cuando nuestro Sol pierda masa, convirtiéndose violentamente en una estrella de electrones degenerada. Resulta que el trabajo del Dr. John Debes tiene algunas implicaciones interesantes. Cuando usemos técnicas más precisas para observar las estrellas enanas blancas con los restos polvorientos de los cuerpos rocosos que las orbitaban, los resultados del modelo de Debes podrían usarse como comparación para ver si alguna enana blanca existente se asemeja a cómo podría ser nuestro Sol dentro de 4-5 mil millones de años…

Restos de polvo alrededor de una vieja estrella enana blanca (NASA)

Hoy, nuestro Sol es una estrella enana amarilla saludable. Para ser precisos, es una “estrella G V”. Esta enana amarilla quemará felizmente 600 millones de toneladas de hidrógeno por segundo en su núcleo durante 10 mil millones de años, generando la luz requerida para hacer habitable nuestro planeta. El Sol está aproximadamente a la mitad del camino en su fase de quema de hidrógeno, por lo que, bueno, las cosas no van a cambiar (para el Sol al menos) en un largo tiempo.

¿Pero qué pasará entonces? ¿Qué pasará dentro de 4-5 mil millones de años, cuando el suministro de hidrógeno en el núcleo se agote? Aunque nuestro Sol no es lo bastante masivo para creer que pasará por el glorioso estallido de una supernova, pasará por una apasionante y terrorífica muerte. Tras evolucionar a través de la fase de quema de hidrógeno, el Sol se hinchará en una estrella gigante roja conforme empiece a escasear el combustible, expandiéndose 200 veces su tamaño actual, probablemente tragándose a la Tierra. El helio, y progresivamente elementos más pesados, serán fusionados en el núcleo. El Sol, no obstante, nunca fusionará carbono, en lugar de esto arrojará sus capas exteriores para formar una nebulosa planetaria.

Una vez que las cosas se calmen, permanecerá una pequeña joya resplandeciente en forma de estrella enana blanca. Este diminuto resto tendrá una masa de alrededor de la mitad del actual Sol, pero tendrá el tamaño de la Tierra. Sobre decir que las enanas blancas son muy densas, y su intenso tirón gravitatorio no está contrarrestado por la fusión en el núcleo (como en todas las estrellas de secuencia principal) sino por la presión degenerativa de electrones.

¿Cuándo el Sol alcance esta fase de su evolución, qué aspecto tendrá? ¿Qué pasará con los asteroides, gigantes gaseosos y planetas rocosos? Tuve mucha suerte al charlar con el astrofísico Dr. John Debes, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en la conferencia de la Sociedad Astronómica Americana en enero en Long Beach (California) quien está desarrollando un código simulador de n-cuerpos para la evolución del Sistema Solar.

Después de que el Sol haya detenido la fusión de hidrógeno en su núcleo, perderá masa conforme se despoje de sus capas exteriores después de la fase de gigante roja yl la consiguiente formación de la nebulosa planetaria. Se estima que el Sol perderá aproximadamente el 50% de su masa durante este tiempo, afectando naturalmente a todo el Sistema Solar. Conforme el Sol pierda masa, los planetas exteriores (como Júpiter) irán a la deriva hacia el exterior, incrementando su radio orbital. En la simulación, Debes es muy cuidadoso al asegurarse de que existe una reducción gradual en la masa solar para asegurar estabilidad en la simulación.

Lo que quedará es un viejo Sistema Solar, donde quedarán pocos de los planetas interiores (es probable que cualquier cosa dentro de la órbita de la Tierra sea tragada cuando el Sol se expanda en su fase de gigante roja. Aunque el futuro Sistema Solar basado en una enana blanca se verá muy extraño respecto al actual, algunas cosas no cambiarán. La órbita de Júpiter podría retroceder con la caída en la masa solar, pero seguirá siendo un peso pesado planetario, provocando perturbaciones en las órbitas de los asteroides. Usando los datos de los asteroides conocidos, el movimiento de estos trozos de roca evolucionará, y a lo largo de millones de años, puede que sean arrojados fuera del Sistema Solar, o lo que es más interesante, empujados más cerca de la enana blanca. Una vez que se haya estabilizado todo el sistema, se amplificarán las resonancias en el cinturón de asteroides; los Huecos de Kirkwood (provocados por la resonancia gravitatoria con Júpiter) se ampliarán, y de acuerdo con las simulaciones de Debes, los límites de estos huecos se perturbarán aún más, haciendo que haya más asteroides disponibles para ser perturbados por marea y reducidos a polvo.

La conferencia de la AAS estuvo llena de asombrosas investigaciones sobre observaciones de las enanas blancas. La razón es que existen muchas enanas blancas candidatas ahí fuera con polvorientas líneas de absorción metálicas. Esto significa que solían tener cuerpos rocosos orbitándolas, pero que se pulverizaron (mediante mareas) y ahora los estudian los astrónomos. Estos sistemas de enanas blancas pueden darnos una pista de qué mecanismos podrían estar suministrando a las enanas blancas el polvoriento material, incluso darnos un destello del futuro de nuestro Sistema Solar.

“Tenemos una descripción física del vínculo entre los sistemas planetarios y las polvorientas enanas blancas”, dijo Debes cuando describía su modelo en relación a las misteriosas observaciones de las polvorientas enanas blancas. “¡Las enanas blancas polvorientas son un verdadero misterio! Creo que sabemos lo que puede estar pasando, pero no tenemos aún el arma humeante”.

No obstante, Debes se está acercando a descubrir una posible arma humeante, está basando su modelo en algunas de las características clave de estos antiguos restos de polvo para ver qué aspecto podría tener el Sistema Solar en miles de millones de años.

Entonces, ¿de dónde vino todo este polvo? Cuando las órbitas de los asteroides son perturbadas por Júpiter, pueden acercarse lo suficiente para quedar perturbados por marea. Si se acercan demasiado quedarán hechos pedazos por el tirón gravitatorio creado por el acusado radio de marea de la compara enana blanca. El polvo del asteroide entonces se asiente en la enana blanca. La presencia de este polvo es una señal muy obvia en las líneas de absorción de los datos espectroscópicos, permitiendo a los investigadores deducir un índice de acreción para las enanas blancas ricas en metales. En el modelo de Debes, ha fijado un límite superior de 10¹⁶ g/año y uno inferior de 10¹³ g/año, consistente con las estimaciones observadas.

En su la evolución de su Sistema Solar, la gravedad de Júpiter controla este índice de acreción, empujando a los asteroides hacia la enana blanca y, usando una potente supercomputadora rastrea las perturbaciones y final desmembramiento de asteroides conocidos, puede haber una oportunidad de llegar a una profunda conclusión. Debes es capaz de usar su modelo para comparar observaciones de enanas blancas polvorientas conocidas con la salida simulada del Sistema Solar. En referencia a anteriores estudios (en particular Koester & Wilken, 2006 en la revista Astronomy & Astrophysics), Debes ha encontrado algunos “Soles” enanas blanca similares.

“Para G29-38, la enana blanca polvorienta canónica, [Koester & Wilken] estiman una masa total de 0,55 masas solares, aproximadamente lo que se cree que tendrá nuestro Sol cuando se convierta en una enana blanca”, añade Debes. “Pero la masa estimada es aún incierta – he visto estimaciones entre 0,55 a 0,7 masas solares para esta enana blanca en particular”.

“Otro buen candidato es una DAZ [una enana blanca rica en metales] conocida como WD 1257+278, la cual no muestra polvo pero está justo en la masa esperada para el Sol – 0,54 masas solares”, dijo Debes. “Si índice de acreción también es consistente con las predicciones de mi modelo, asumiendo una masa del cinturón de asteroides y una escala temporal de perturbación característica que encontré en mis simulaciones”.

Debes continúa haciendo su modelo cada vez más sofisticado, pero ya tiene algunos resultados prometedores. Lo más interesante es que puede que ya estemos observado enanas blancas, como G29-38 o WD 1257+278, que nos den un tentador destello de qué aspecto tendrá el Sistema Solar cuando se convierta en una enana blanca, destrozando cualquier resto de asteroides o planetas que se acerquen demasiado al tirón de marea del Sol. No obstante, también surge la pregunta: si las enanas blancas como G29-38 are se alimentan de asteroides encajados por marea, ¿también existen planetas masivos en estos sistemas de enanas blancas guiando asteroides?

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Autor: Ian O’Neill
Fecha Original: 19 de marzo de 2009
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Vía Ciencia Kanija