Ce se întâmplă când stelele înghit planete pietroase

Unele stele ingerează materiale din planete pietroase precum Pământul, iar acum astronomii au o cale de a studia efectul unei astfel de diete asupra compoziţiei chimice a unei stele.

Rezultatul este o nouă tehnică de modelare care ar putea ajuta savanţii să identifice exoplanete similare Pământului.

Pentru a testa modelul cercetătorii s-au concentrat pe o pereche de stele gemene, ambele având propriile lor planete. Ambele stele – numite HD 20781 şi HD 20782 – sunt stele pitice de clasă G similare Soarelui şi ambele s-ar fi format din acelaşi nor de praf şi gaze – aşadar ambele ar fi trebuit să înceapă cu aceeaşi compoziţie chimică.

Una dintre ele este orbitată îndeaproape de două planete de mărimea lui Neptun. Cealaltă posedă o singură planetă de mărimea lui Jupiter, care urmează o orbită foarte ciudată. Diferenţa dintre sistemele lor planetare, fac cele două stele ideale pentru studierea legăturii dintre exoplanete şi compoziţia chimică a gazdelor lor stelare.

Cum funcţionează noua metodă

Stelele sunt formate în proporţie de peste 98% din hidrogen şi heliu. Toate celelalte elemente reprezintă mai puţin de 2% din masă. Astronomii au definit în mod arbitrar toate elemente mai grele decât hidrogenul şi heliu ca fiind "metale" şi au inventat termenul „metalicitate” pentru a se referi la raportul dintre abundenţa relativă de fier şi hidrogen din compoziţia chimică a unei stele.

Unii savanţi au susţinut că stelele cu metalicitate ridicată sunt mult mai probabile să dezvolte sisteme planetare comparativ cu cele care au metalicitate scăzută. Un studiu a sugerat, chiar, că planetele fierbinţi de mărimea lui Jupiter sunt găsite predominant în jurul stelelor cu metalicitate ridicată, în timp ce planetele mai mici se învârt în jurul stelelor cu o gamă variată de conţinut "metalic".

În studiul curent, Trey Mack, absolvent în astronomie la Universitatea Vanderbilt, a dus această metodă puţin mai departe, analizând abudenţa a 15 elemente specifice, comparat cu cazul Soarelui.

El a fost interesat în special de elemente precum aluminiu, siliciu, calciu şi fier care au puncte de topire mai mari de 600 grade Celsius, deoarece acestea sunt materiale refractare despre care se crede că servesc drept blocuri de construcţie pentru planete precum Pământul.

Ce arată stelele gemene

Când Mack şi colegii săi au analizat spectrul celor două stele gemene, ei au descoperit că abundenţa relativă de elemente refractare a fost semnificativ mai ridicată decât cea a Soarelui.

De asemenea, ei au descoperit că, cu cât este mai ridicată temperatura de topire a unui anumit element cu atât mai mare este abundenţa sa, un tipar care serveşte ca semnătură convingătoare a ingerării de materiale pietroase precum cele de pe Pământ.

Ei au calculat că fiecare dintre stelele gemene ar fi trebuit să fi consumat 10 până la 20 de mase echivalente cu cea a Pământului, de materiale pietroase pentru a produce asemenea semnături chimice. În mod specific, steaua cu planeta de mărimea lui Jupiter pare să fi înghiţit un supliment de 10 mase Pământeşti în timp ce steaua cu cele două planete de mărimea lui Neptun ar fi ingerat 20 de mase suplimentare.

O ‘ştampilă’ pe care o putem detecta

Rezultatele susţin teoria conform căreia compoziţia chimică a unei stele şi natura sistemului său planetar sunt legate între ele.

“Imaginaţi-vă că steaua a format iniţial planete pietroase precum Pământul. Mai mult, imaginaţi-vă că a format de asemenea planete gazoase gigant precum Jupiter”, spune Mack. “Plantele pietroase se formează într-o regiune apropiată stelei – unde este cald – şi giganţii gazoşi se formează în partea exterioară a sistemului planetar – unde este rece.

“Totuşi, de îndată ce giganţii gazoşi sunt complet formaţi, ei încep să migreze spre interior şi, pe măsură ce o fac, gravitatea lor începe să smucească şi să tragă de planetele pietroase situate pe orbitele inferioare.

“Este probabil ca un gigant gazos să forţeze o planetă pietroasă să plonjeze în stea. Dacă suficient de multe planete pietroase cad pe stea, ele o vor amprenta cu o semnătură chimică particulară, pe care o putem detecta.”

Urmând această logică, este improbabil ca vreuna dintre cele două gemene binare să posede planete terestre.

La una dintre gemene, cele două planete de mărimea lui Neptun orbitează steaua destul de aproape, la o treime din distanţa dintre Pământ şi Soare. La cealaltă geamănă, planeta de mărimea lui Jupiter petrece o mulţime de timp în zonele exterioare ale sistemului planetar dar orbita sa ciudată o aduce de asemenea într-o poziţie extrem de apropiată de stea.

Astronomii speculează că motivul pentru care steaua cu 2 planete de mărimea lui Neptun a ingerat mai mult material terestru decât geamăna sa a fost faptul că cele două planete de mărimea lui Neptun au fost mai eficiente în împingerea de material pe steaua lor, decât a fost planeta de mărimea lui Jupiter când a împins material către steaua ei.

Dacă semnătura chimică a stelelor din clasa G, ce înghit planete pietroase, se dovedeşte universală, “atunci când descoperim stele cu semnături chimice similare, vom fi capabili să concluzionăm că sistemele lor planetare trebuie să fie foarte diferite de cel al nostru şi că cel mai probabil ele duc lipsa unor planete pietroase interne”, spus Mack. “Şi când descoperim stele care duc lipsa acestor semnături, atunci ele sunt bune candidate pentru găzduirea de sisteme planetare precum cel al nostru.”

“Aceste rezultate arată că întrebarea esenţială nu eulste dacă şi cum stelele formează planete”, a spus Keivan Stassun, profesor de astronomie ce a supravegheat studiul. “Întrebarea corectă pare să fie câte dintre planete create de o stea evită să nu fie mâncate de steaua lor mamă?”

Studiul a fost publicat în Jurnalul de Astrofizică