Stelele care îmbătrânesc „înghit” planetele giganți: studiul care arată pierderea planetelor apropiate în timpul transformării în gigante roșii

Sursa foto: Sciencedaily

O echipă de astronomi de la University College London și University of Warwick a arătat că stelele aflate la începutul fazei post-secvență principală par să distrugă sau să înghită planetele giganți care le orbitează cel mai aproape. Analiza, bazată pe observaţii realizate cu telescopul spațial NASA TESS, indică o scădere clară a frecvenţei planetelor cu orbite scurte în jurul stelelor care au început să se extindă în gigante roșii, oferind o imagine directă a proceselor care modelează stadiile finale ale sistemelor planetare.

Observații pe scară largă și un semnal clar

Cercetătorii au examinat aproape jumătate de milion de stele care tocmai au părăsit secvența principală a evoluției stelare, perioada în care stelele fuzionează hidrogen în heliu în nucleele lor. Din această populație au identificat 130 de planete şi candidaţi la planetă care orbitează foarte aproape de gazdele lor; dintre aceştia, 33 erau candidaţi noi, nedepistaţi anterior.

Un tipar evident a reieșit din date: planetele cu perioade orbitale foarte scurte — definite în această analiză drept cele care au nevoie de cel mult 12 zile pentru a parcurge o orbită în jurul stelei — sunt mult mai rare în jurul stelelor care au evoluat suficient de mult încât să devină gigante roşii. Această raritate sugerează că multe dintre aceste planete apropiate au fost deja distruse în timpul fazei de expansiune stellară.

Mecanismul gravitațional care condamnă planetele

Echipa consideră că principalul responsabil pentru pierderea acestor planete este interacţiunea de maree dintre stea şi planetă. Pe măsură ce steaua se umflă, forţele de maree devin mai puternice, ceea ce duce la o pierdere a momentului cinetic al planetei şi la micşorarea orbitei acesteia. În cele din urmă, planeta fie se disrupte prin forţe mareice, fie cade efectiv în stea.

Dr. Edward Bryant, autor principal al studiului, a explicat în termeni simpli: „Aceasta este o dovadă puternică că, pe măsură ce stelele evoluează de pe secvenţa principală, ele pot determina rapid planetele să spiraleze înspre ele și să fie distruse. Aceasta a fost subiectul dezbaterii şi al teoriei de ceva vreme, dar acum putem vedea impactul direct şi să-l măsurăm la nivelul unei populaţii mari de stele.”

El a adăugat: „Ne aşteptam să vedem acest efect, dar totuşi am fost surprinşi de cât de eficiente par a fi aceste stele în a-şi înghiţi planetele apropiate.”

Ce înseamnă pentru sistemul nostru solar

Rezultatele ridică întrebări legate de viitorul îndepărtat al propriului nostru sistem solar. Soarele va epuiza treptat combustibilul de hidrogen și, peste aproximativ cinci miliarde de ani, se va extinde şi va deveni o gigantă roşie. Studiul sugerează că unele planete, în special giganţii aflaţi pe orbite foarte apropiate, pot fi pierdute în asemenea transformări stelare.

Coautorul studiului, Dr. Vincent Van Eylen, a comentat: „Peste câteva miliarde de ani, Soarele nostru se va mări şi va deveni o gigantă roşie. Când se va întâmpla asta, vor supravieţui planetele din sistemul solar? Descoperim că în unele cazuri planetele nu supravieţuiesc.”

El a nuanţat însă concluzia: „Pământul este cu siguranţă mai în siguranţă decât planetele giganți din studiul nostru, care sunt mult mai aproape de steaua lor. Dar noi am examinat doar cea mai timpurie parte a fazei post-secvenţă principală, primele unul sau două milioane de ani din ea — stelele au mult mai multă evoluţie de parcurs. Spre deosebire de giganţii lipsă din studiul nostru, Pământul însuşi ar putea supravieţui fazei de gigant roşu a Soarelui. Dar viaţa de pe Pământ probabil că nu ar supravieţui.”

Metoda: cum au fost găsite planetele

Echipa a folosit date obţinute de misiunea NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Studiul s-a bazat pe detectarea scăderilor periodice foarte mici ale luminozităţii stelare, care apar atunci când o planetă trece prin faţa discului stelei şi blochează parţial lumina acesteia. O analiză automatizată, realizată cu ajutorul unui algoritm de calcul, a scos la iveală semnale candidate într-un set iniţial de peste 15.000 de posibile tranzite.

După aplicarea unor verificări stricte pentru eliminarea falselor semnale, lista a fost restrânsă la 130 de planete şi candidaţi la planetă. Dintre aceştia, 48 erau deja confirmaţi anterior, 49 erau candidaţi identificaţi anterior, iar 33 reprezintă descoperiri noi realizate de acest studiu.

Autorii subliniază că estimările mărimii planetelor se pot stabili din datele TESS, prin observarea cât de mult scade luminozitatea stelei în timpul tranzitului. Totuşi, pentru a confirma definitiv natura acestor obiecte — şi pentru a exclude scenarii alternative, precum orbite ale unor stele cu masă mică sau ale unor pitici bruni — este necesară determinarea masei fiecărei companii. Acest lucru se realizează prin monitorizarea mişcărilor subtile ale stelei gazdă, cauzate de atracţia gravitaţională a obiectului în orbită.

Dr. Bryant a remarcat importanţa acestor măsurători: „Odată ce vom avea masele acestor planete, vom înţelege exact ce determină spirala lor de intrare şi distrugerea lor.”

Rata de frecvență a planetelor apropiate în funcţie de stadiul evolutiv

Analiza statistică a arătat o scădere clară a frecvenţei planetelor gigant apropiate pe măsură ce stelele avansează în post-secvenţa principală. În întregul eșantion, doar 0,28% dintre stelele studiate găzduiau astfel de planete. Când s-au separa stelele după stadiul evolutiv, s-a observat că stelele tinere din post-secvenţa principală prezentau o rată de 0,35%, apropiată de frecvenţa observată în rândul stelelor aflate încă pe secvenţa principală. În schimb, stelele mai evoluate, care au devenit gigante roşii, prezentau o rată mult mai mică, de doar 0,11%.

În acest calcul, cercetătorii au exclus cele mai mici 12 dintre cele 130 de obiecte identificate, pentru a se asigura că variaţiile rezultate nu sunt produse de efecte sistematice asociate cu obiectele de dimensiuni reduse din eșantion.

Semnificaţii şi paşi următori

Rezultatele oferă un indiciu solid că interacţiunile mareice, intensificate de creşterea radiei stelare în faza de gigant roşu, pot conduce la pierderea multiplă a planetelor apropiate în multe sisteme. Acest comportament are implicaţii pentru înţelegerea durabilităţii orbitelor planetare şi pentru modul în care arhitectura sistemelor planetare se schimbă în timp, pe măsură ce stelele gazdă evoluează.

Următorii paşi includ obţinerea de măsurători de masă pentru candidaţii identificaţi, ceea ce va permite confirmarea naturii lor şi aflarea dacă obiectele sunt într-adevăr planete giganți sau alte corpuri cereşti. Aceste informaţii sunt esenţiale pentru a cuantifica cu precizie procesele care determină migrarea și distrugerea planetelor în etapele târzii ale evoluției stelare.

Finanțare și publicare

Autorii lucrării au primit finanţare din partea UK Science and Technology Facilities Council (STFC). Studiul a fost publicat în revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; referinţa jurnalului este Edward M Bryant şi Vincent Van Eylen, „Determining the impact of post-main-sequence stellar evolution on the transiting giant planet population”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2025; 544 (1): 1186, DOI: 10.1093/mnras/staf1771.

Pentru mai multe detalii, se poate consulta comunicatul Royal Astronomical Society şi materialul publicat pe site-ul care a preluat ştirea: ScienceDaily – Dying stars are devouring giant planets, astronomers discover şi pagina referinţei jurnalului prin DOI: DOI:10.1093/mnras/staf1771.