Estos aplastamientos planetarios son probablemente comunes en los sistemas solares jóvenes, pero no se han observado directamente.

Los sistemas planetarios jóvenes suelen experimentar dolores de crecimiento extremos cuando los cuerpos de los bebés chocan y se fusionan para formar planetas cada vez 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 aplastamientos deberían ser comunes en los primeros sistemas, pero han sido difíciles de observar alrededor de otras estrellas.

Ahora los astrónomos de CON, la Universidad Nacional de Irlanda en Galway, la Universidad de Cambridge y otros lugares han descubierto 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 alrededor de 23 millones de años y los científicos sospechan que su polvo tiene rastros de una colisión reciente.

El equipo dirigido por el MIT observó nueva 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, 22.000 millas por hora.

Es importante destacar que detectaron gas que indica que un impacto tan rápido probablemente lavó parte de la atmósfera del planeta más grande, un evento dramático que explicaría el gas y el polvo observados alrededor de la estrella. Los resultados, publicados hoy en La naturaleza, representan la primera detección de este tipo.

«Esta es la primera vez que detectamos este fenómeno, el de una atmósfera protoplanetaria desnuda durante un impacto gigante», dice la autora principal Tajana Schneiderman, estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Atmosféricas y planetas del MIT. “Todo el mundo está interesado en ver un impacto gigante porque esperamos que sea común, pero no tenemos pruebas de ello en muchos sistemas. Ahora tenemos información adicional sobre estas dinámicas.

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 de los últimos años han demostrado que el polvo de estrellas contiene grandes cantidades de minerales inusuales, en granos mucho más finos de lo que los astrónomos podrían esperar de un disco de escombros estelar típico.

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

Ella y sus colegas se preguntaron qué podría revelar el gas sobre el historial de impactos del sistema. Revisaron los datos recopilados por ALMA, el Atacama Large Millimeter Array en Chile, que incluye 66 radiotelescopios cuyo espaciado se puede ajustar para aumentar o disminuir la resolución de sus imágenes. El equipo examinó datos en los archivos públicos de ALMA en busca de signos de monóxido de carbono alrededor de 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”, explica Schneiderman. “Así que volvimos a mirar los datos de monóxido de carbono para HD 172555 porque era un sistema interesante. «

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Con un análisis cuidadoso, el equipo pudo detectar monóxido de carbono alrededor de la estrella. Cuando midieron su abundancia, encontraron que el gas constituía el 20 por ciento del monóxido de carbono que se encuentra en Venus‘atmósfera. También observaron que el gas giraba en círculos 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», explica Schneiderman.

Esto se debe a que el monóxido de carbono es generalmente 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. Así, el grupo probó diferentes escenarios para explicar la aparición abundante y cercana del gas.

Rápidamente descartaron un escenario en el que el gas provendría de los escombros de una estrella recién formada, así como un escenario en el que el gas fuera producido por un cinturón cercano de asteroides helados. También imaginaron un escenario en el que muchos cometas helados emitieran gas desde un cinturón de asteroides distante, similar a nuestro propio cinturón de Kuiper. Pero los datos tampoco encajaban en ese escenario. El último escenario considerado por el equipo fue que el gas era un vestigio de un impacto gigante.

“De todos los escenarios, este es el único que puede explicar todas las características de los datos”, explica Schneiderman. “En los sistemas de esta era, esperamos que haya impactos gigantes, y esperamos que los impactos gigantes sean realmente bastante comunes. Las escalas de tiempo están ordenadas, la edad está ordenada y las limitaciones morfológicas y compositivas están ordenadas. 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 fue liberado por un impacto gigante que ocurrió hace al menos 200.000 años, lo suficientemente reciente como para que la estrella no tuviera tiempo de destruir completamente el gas. Basado en la abundancia del gas, el impacto probablemente fue masivo, involucrando dos proto-planetas, probablemente comparables en tamaño a la Tierra. El impacto fue tan grande que probablemente explotó parte de la atmósfera de un planeta, en forma de gas que el equipo observó hoy.

«Ahora existe una oportunidad para el trabajo futuro más allá de este sistema», dice Schneiderman. «Demostramos que si encuentra monóxido de carbono en una ubicación y una morfología compatibles con un impacto gigante, ofrece una nueva vía para investigar los impactos gigantes y comprender cómo se comportan los escombros después».

«Lo que es particularmente emocionante de este trabajo, en mi opinión, es que demuestra la importancia de la pérdida atmosférica debido a impactos gigantes», dice Hilke Schlichting, profesora de ciencias de la tierra, planeta y espacio en la Universidad de California en Los Ángeles, que 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 podría ayudar a arrojar luz sobre las condiciones atmosféricas de los planetas terrestres durante su propia fase de impacto gigante».

Referencia: “Gas monóxido de carbono producido por un impacto gigante en la región interna 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, La naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03872-x

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