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Planeta púlsar

Concepto artístico de un púlsar con planetas. Los planetas púlsares son planetas que orbitan alrededor de púlsares . Los primeros de estos planetas en ser descubiertos se encont...

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Concepto artístico de un púlsar con planetas.

Los planetas púlsares son planetas que orbitan alrededor de púlsares . Los primeros de estos planetas en ser descubiertos se encontraban alrededor de un púlsar de milisegundos en 1992 y fueron los primeros planetas extrasolares confirmados. Los púlsares son relojes extremadamente precisos, e incluso los planetas pequeños pueden generar variaciones detectables en sus características. Hasta 2025, el exoplaneta menos masivo observado por la humanidad era un planeta púlsar.

Son extremadamente raros; el Archivo de Exoplanetas de la NASA solo tiene registrados media docena . Solo procesos especiales pueden dar origen a compañeros del tamaño de un planeta alrededor de púlsares, y se cree que muchos son cuerpos exóticos, como planetas de diamante , que se formaron mediante la destrucción parcial de una estrella compañera. La intensa radiación y los vientos de los púlsares —compuestos por pares electrón - positrón— tenderían a despojar a estos planetas de sus atmósferas , exponiendo su superficie a los elementos estelares y convirtiéndolos en moradas extraordinariamente improbables para la vida .

Formación

La formación de planetas requiere la existencia de un disco protoplanetario ; la mayoría de las teorías también requieren una "zona muerta" dentro de él donde no haya turbulencia. Allí, los planetesimales pueden formarse y acumularse sin caer en la estrella. [ 1 ] En comparación con las estrellas jóvenes, los púlsares tienen una luminosidad mucho mayor y, por lo tanto, la formación de una zona muerta se ve obstaculizada por la ionización del disco por la radiación del púlsar, [ 2 ] lo que permite que la inestabilidad magnetorrotacional desencadene turbulencia y, por lo tanto, destruya la zona muerta. [ 3 ] Por lo tanto, un disco necesita tener una gran masa para que pueda dar origen a planetas. [ 4 ]

Existen varios procesos [ a ] que podrían dar lugar a sistemas planetarios:

  • Los planetas de "primera generación" son aquellos que orbitaban la estrella antes de que esta se convirtiera en supernova y en púlsar: [ 6 ] Las estrellas masivas tienden a carecer de planetas, o al menos lo parecen —posiblemente debido a la dificultad de detectarlos alrededor de estrellas muy brillantes—, pero también porque la radiación de dichas estrellas destruiría los discos protoplanetarios. Los planetas que orbitan a unas cuatro unidades astronómicas de la estrella corren el riesgo de ser engullidos y destruidos cuando esta se convierte en una gigante roja o una supergigante roja . Durante la supernova, el sistema pierde aproximadamente la mitad de su masa, y a menos que el púlsar sea expulsado en la misma dirección en la que se movía el planeta en el momento de la supernova, es probable que los planetas se separen del sistema. Es poco probable que ninguno de los sistemas planetarios de púlsares conocidos se haya formado mediante este proceso. [ 7 ]
  • Planetas de "segunda generación" a partir de material que regresa al púlsar después de una supernova: [ 6 ] El material podría teóricamente alcanzar una masa comparable a la de un disco protoplanetario, [ 7 ] pero es probable que se disipe demasiado rápido como para permitir la formación de planetas. No se conocen ejemplos de planetas alrededor de púlsares jóvenes. [ 8 ] [ 9 ]
  • Planetas de "tercera generación": [ 6 ] Una estrella compañera es destruida a través de la interacción con un púlsar, formando un disco de baja masa. Los púlsares pueden emitir radiación energética que calienta a la estrella compañera, hasta que desborda su lóbulo de Roche y finalmente es destruida. Otro mecanismo es la emisión de ondas gravitacionales , que reducen la órbita hasta que la estrella compañera (en estos casos a menudo una enana blanca ) se rompe. [ 8 ] En un tercer mecanismo, el púlsar penetra la envoltura de una estrella más grande, haciendo que se rompa y forme un disco [ 10 ] alrededor del púlsar. [ 11 ] Los discos formados en estos procesos son mucho más masivos que los formados por caída y, por lo tanto, persisten durante más tiempo, lo que permite la formación de planetas. [ 8 ] También contienen elementos pesados ​​que son bloques de construcción esenciales para los planetas, y parte del disco será acrecionado por el púlsar y lo hará girar en el proceso. [ 12 ] Alternativamente, una enana blanca ligera es destruida por la interacción con una más masiva; La enana blanca ligera da origen a un disco de escombros que genera un planeta, mientras que la enana blanca más grande se convierte en un púlsar. [ 13 ]
  • Una estrella compañera puede ser destruida durante la interacción con un púlsar pero dejar un remanente del tamaño de un planeta, [ 3 ] dicho sistema se conoce como una "viuda negra" [ 14 ] pero no siempre se considera una forma de planeta púlsar. [ 15 ]
  • Finalmente, es posible que planetas de estrellas compañeras o planetas errantes sean capturados por un púlsar, [ 16 ] o que un púlsar se fusione con la estrella anfitriona original de los planetas. [ 17 ] Este último proceso formaría una " envoltura común " que eventualmente se desintegra para formar un disco a partir del cual pueden desarrollarse planetas. [ 18 ]

Trascendencia

Los escenarios de formación tienen consecuencias para la composición de los planetas: Un planeta formado a partir de los restos de una supernova probablemente sea rico en metales e isótopos radiactivos [ 16 ] y puede contener grandes cantidades de agua ; [ 19 ] uno formado a través de la ruptura de una enana blanca sería rico en carbono [ 16 ] y consistiría en grandes cantidades de diamante ; [ 20 ] un fragmento real de enana blanca sería extremadamente denso. [ 16 ] A partir de 2022El tipo de planeta más común alrededor de un púlsar es un " planeta diamante ", una enana blanca de masa muy baja . [ 21 ] Otros objetos alrededor de los púlsares podrían incluir asteroides , cometas y planetoides . [ 22 ] Escenarios más especulativos son los planetas compuestos de materia extraña , que podrían ocurrir mucho más cerca de los púlsares que los planetas de materia ordinaria, emitiendo potencialmente ondas gravitacionales . [ 23 ]

Los planetas pueden interactuar con el campo magnético de un púlsar para producir las llamadas " alas de Alfvén ", que son corrientes eléctricas en forma de ala alrededor del planeta que inyectan energía en él [ 24 ] y podrían producir emisiones de radio detectables. [ 25 ]

Observabilidad

Los púlsares son relojes extremadamente precisos [ 4 ] y su sincronización es muy regular. Por lo tanto, es posible detectar objetos muy pequeños alrededor de los púlsares, incluso del tamaño de grandes asteroides [ 1 ] , a partir de cambios en la sincronización del púlsar que los alberga. La sincronización debe corregirse para tener en cuenta los efectos de los movimientos de la Tierra y del Sistema Solar, los errores en las estimaciones de la posición del púlsar y los tiempos de viaje de la radiación a través del medio interestelar. Los púlsares giran y se ralentizan con el tiempo de forma muy regular [ 4 ] ; los planetas alteran este patrón mediante su atracción gravitatoria sobre el púlsar, lo que provoca un desplazamiento Doppler en los pulsos [ 26 ] . En teoría, la técnica también podría utilizarse para detectar exolunas alrededor de planetas que orbitan púlsares [ 27 ] . Sin embargo, existen limitaciones en la visibilidad de los planetas que orbitan púlsares; las anomalías y los cambios en el modo de pulsación pueden simular la existencia de planetas [ 28 ] .

Los primeros planetas extrasolares descubiertos (en 1992 por Dale Frail y Aleksander Wolszczan ) fueron los planetas púlsares alrededor de PSR B1257+12 . [ 31 ] El descubrimiento demostró que los exoplanetas pueden detectarse desde la Tierra, [ 32 ] y generó la expectativa de que los planetas extrasolares podrían no ser infrecuentes. [ 4 ] A partir de 2016[ 33 ] El planeta extrasolar conocido menos masivo (PSR B1257+12 A, solo0,02M🜨) es un planeta púlsar. [ 34 ] 

Sin embargo, el tamaño y las características espectroscópicas particulares hacen que visualizar dichos planetas sea muy difícil. [ 16 ] Una forma potencial de obtener imágenes de un planeta es detectar su tránsito frente a la estrella: en el caso de los planetas púlsares, la probabilidad de que un planeta transite frente a un púlsar es muy baja debido al pequeño tamaño de los púlsares. Los análisis espectroscópicos de los planetas se ven dificultados por los espectros complejos de los púlsares. Las interacciones entre un campo magnético planetario, el púlsar y las emisiones térmicas de los planetas son vías más probables para obtener información sobre los planetas. [ 35 ]

Se ha recurrido a los planetas púlsares para explicar ciertos fenómenos astronómicos, como los estallidos de rayos X de repetidores gamma suaves . [ 36 ]

Aparición

A partir de 2022Solo se conocen alrededor de media docena [ c ] de planetas de púlsares, [ 11 ] lo que implica una tasa de ocurrencia de no más de un sistema planetario por cada 200 púlsares [ d ] [ 40 ] aunque las diferencias en la definición de "planeta" significan que diferentes estudios informan diferentes recuentos. Esta rareza está respaldada por los resultados de búsquedas a gran escala de planetas de púlsares. [ 41 ] La mayoría de los escenarios de formación de planetas requieren que el precursor sea una estrella binaria con una estrella mucho más masiva que la otra, y que el sistema sobreviva a la supernova que generó el púlsar. Ambas condiciones rara vez se cumplen y, por lo tanto, la formación de planetas de púlsares es un proceso raro. [ 3 ] Además, los planetas y sus órbitas tendrían que sobrevivir a la radiación energética emitida por los púlsares, incluidos los rayos X , los rayos gamma y las partículas energéticas ("viento de púlsar" ). [ 6 ] Esto sería particularmente importante para los púlsares de milisegundos que fueron acelerados por acreción, mientras formaban binarias de rayos X ; La radiación emitida en estas circunstancias evaporaría cualquier planeta. [ 42 ] Los púlsares permanecen visibles solo durante unos pocos millones de años, menos del tiempo que tarda en formarse un planeta, lo que limita la posibilidad de observar uno. [ 43 ]

Según la tasa de ocurrencia conocida de planetas púlsares, podría haber hasta 10 millones de ellos en la Vía Láctea . [ e ] [ 46 ] Todos los planetas púlsares conocidos se encuentran alrededor de púlsares de milisegundos , [ 1 ] estos son púlsares viejos que se aceleraron mediante la acreción de masa de un compañero. A partir de 2015No se conocen planetas alrededor de púlsares jóvenes; [ 47 ] son ​​menos regulares que los púlsares de milisegundos, lo que aumenta el error de sincronización del púlsar y, por lo tanto, dificulta la detección de planetas. [ 35 ]

Planetas púlsares confirmados

M62H

M62H es un púlsar de milisegundos ubicado en la constelación de Ofiuco . Se encuentra en el cúmulo globular Messier 62 , [ 62 ] a una distancia de 5600 pársecs (18 000 años luz) de la Tierra. [ 63 ] El púlsar fue descubierto en 2024 utilizando el radiotelescopio MeerKAT . [ 62 ] M62H tiene un período de rotación de 3,70 milisegundos, lo que significa que completa 270 rotaciones por segundo (270 Hz ). [ 64 ] Su compañero planetario tiene una masa mínima de 2,5 M J y una masa mediana de 2,83 M J , asumiendo una masa de 1,4 M ☉ para el púlsar. Su densidad mínima es de 11 g/cm³ . Asumiendo la masa mediana, implica un radio máximo de 48 850 kilómetros (30 350 millas) . [ 65 ] El planeta tarda solo 0,133 días (3,2 h) en completar una órbita y se encuentra a una distancia equivalente al 0,49 % de una unidad astronómica de M62H. [ 66 ]      

PSR B1257+12

El púlsar PSR B1257+12 ,710 +43 −38 pársecs de distancia [ 67 ] en la constelación de Virgo , se confirmó que tenía planetas en 1992 basándose en observaciones realizadas con el Observatorio de Arecibo . [ 68 ] El sistema consta de un pequeño planeta con una masa de0,02 ± 0,002 masas terrestres y dos supertierras con masas4,3 ± 0,2 y3,9 ± 0,2 veces la de la Tierra, suponiendo que el púlsar tiene una masa de 1,4 masas solares. [ 69 ] Probablemente se formaron a partir de un disco protoplanetario, [ 1 ] probablemente generado por la destrucción parcial de una estrella compañera. [ 8 ] Las simulaciones por computadora han demostrado que el sistema debería ser estable durante al menos mil millones de años [ 69 ] y que las exolunas podrían sobrevivir en el sistema. [ 70 ] El sistema se asemeja al Sistema Solar interior ; [ 4 ] los planetas orbitan el púlsar a distancias comparables a la de Mercurio al Sol y pueden tener temperaturas superficiales comparables. [ 71 ] Los informes de cuerpos adicionales en este sistema podrían deberse a perturbaciones solares. [ 72 ]

PSR J1719 − 1438

Un planeta ctónico [ 73 ] con una masa comparable a la de Júpiter pero menor al 40% de su radio orbita el púlsar PSR J1719-1438 . [ i ] [ 1 ] Este planeta es probablemente el remanente rico en carbono de una estrella compañera que fue evaporada por la radiación del púlsar [ 3 ] y ha sido descrito como un "planeta diamante". [ j ] [ 6 ]

PSR B1620 − 26

Un planeta circumbinario con una masa de2,5 ± 1 masas de Júpiter [ 75 ] orbita alrededor de PSR B1620-26 , una estrella binaria compuesta por un púlsar y una enana blanca [ 1 ] en el cúmulo globular M4 . [ 4 ] Este planeta podría haber sido capturado en la órbita del púlsar, un proceso particularmente probable dentro del entorno denso de un cúmulo globular, [ 16 ] y podría tener unos 12.600 millones de años, lo que lo convertiría en el planeta más antiguo conocido. [ k ] [ 76 ] Su existencia podría demostrar que los planetas pueden formarse en medios pobres en metales , incluidos los cúmulos globulares. [ 77 ]

PSR J2322 − 2650

PSR J2322-2650 parece tener un compañero con una masa aproximada a la de Júpiter . La radiación del púlsar podría estar calentándolo a aproximadamente2300  K ; una fuente de luz observada cerca del púlsar podría ser el planeta. [ 78 ] Este púlsar es considerablemente menos luminoso que muchos, lo que podría explicar por qué el planeta ha sobrevivido hasta nuestros días. [ 79 ] Las observaciones con el NIRSpec del JWST encontraron una atmósfera ventosa (hacia el oeste [ l ] ) [ 80 ] rica en carbono molecular ( C3 , C2 ), [ 81 ] lo que implica una proporción muy alta de carbono con respecto al oxígeno y el nitrógeno. [ 82 ] Este planeta probablemente se compone principalmente de helio y comenzó como una enana blanca. [ 82 ]

Discos de escombros y precursores

Las variaciones de tiempo de los púlsares PSR B1937+21 y PSR J0738-4042 pueden reflejar la existencia de un cinturón de asteroides [ m ] alrededor de los púlsares, y se han propuesto colisiones entre asteroides o cometas y púlsares como explicación del fenómeno de las ráfagas de radio rápidas , [ n ] la ráfaga de rayos gamma GRB 101225A [ 6 ] y otros tipos de variabilidad de púlsares. [ 86 ] No se conocen discos de escombros alrededor de los púlsares, aunque se ha sugerido que los magnetares 4U 0142+61 y 1E 2259+586 [ o ] los albergan. [ 2 ]

El sistema binario enana blanca-púlsar PSR J0348+0432 podría desarrollar planetas de púlsar en el futuro. [ 88 ] Se ha propuesto la existencia de una nube de polvo en el púlsar Geminga que podría ser precursora de planetas. [ 89 ]

Candidatos

Hubo informes previos sobre planetas alrededor de púlsares que fueron retractados o considerados poco convincentes, [ 90 ] como el "descubrimiento" de 1991 de un planeta alrededor de PSR B1829−10 que resultó ser un artefacto causado por el movimiento de la Tierra. [ 4 ] La existencia de planetas alrededor del púlsar PSR B0329+54 ha sido objeto de debate desde 1979 y aún no se ha resuelto en 2017.. [ 91 ] Se ha establecido de manera concluyente que PSR B1828−11 muestra actividad magnetosférica que imita a los planetas, sin tener ninguno, [ 92 ] y un candidato a planeta alrededor del púlsar Geminga fue posteriormente atribuido a ruido de sincronización. [ 89 ] Un estudio sugiere firmemente que el subplaneta terrestre PSR J0337+1715 (AB) b es simplemente un artefacto de " ruido rojo ", que es un producto de la variabilidad dentro del púlsar en el sistema y puede ser reportado falsamente como candidato a planeta. [ 93 ]

Habitabilidad

Los púlsares emiten un espectro de radiación muy diferente al de las estrellas regulares, con muy poca radiación óptica o infrarroja , pero grandes cantidades de radiación ionizante [ 46 ] y pares electrón - positrón , que se generan por el campo magnético del púlsar a medida que gira. Además, el calor residual de antes del nacimiento del púlsar, el calentamiento de los polos del púlsar por su propia radiación y por los procesos de acreción de masa impulsa la emisión de radiación térmica y neutrinos . [ 103 ] Los pares electrón-positrón y los rayos X son absorbidos por las atmósferas planetarias y las calientan, impulsando una intensa fuga atmosférica que puede eliminarlos. [ 104 ] La presencia de un campo magnético planetario podría mitigar el impacto de los pares electrón-positrón. [ 105 ]

La habitabilidad se define convencionalmente por la temperatura de equilibrio de un planeta, que es función de la cantidad de radiación incidente; un planeta se define como "habitable" si puede existir agua líquida en su superficie [ 106 ] , aunque incluso los planetas con poca energía externa pueden albergar vida subterránea [ 107 ] . Los púlsares no emiten grandes cantidades de radiación debido a su pequeño tamaño, aunque la zona habitable puede fácilmente terminar estando tan cerca de la estrella que los efectos de marea destruyen los planetas [ 108 ] . Además, a menudo no está claro cuánta radiación emite un púlsar dado y cuánta de ella puede realmente llegar a la superficie de un planeta hipotético. De los planetas púlsares conocidos, solo los de PSR B1257+12 están cerca de la zona habitable [ 109 ] y a partir de 2015No se cree que ningún planeta púlsar conocido sea habitable. [ 4 ] [ 39 ] Las fuentes de calor adicionales pueden ser isótopos radiactivos como el potasio-40 formado durante la supernova que dio origen al púlsar [ 19 ] y el calentamiento por mareas para planetas con órbitas cercanas. [ 110 ] La radiación de fuentes externas como estrellas compañeras también contribuiría al balance energético. [ 73 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Los planetas preexistentes que sobreviven a la supernova se conocen como escenarios "Salamandra"; en la mitología, se cree que las salamandras sobreviven al fuego. Los planetas formados a partir de restos estelares se conocen como escenarios "Memnónides";según el poeta romano Ovidio , los Memnónides eran aves formadas a partir de las cenizas del guerrero Memnón . [ 5 ]
  2. ↑ La detección anterior de los planetas HD 114762 b y Gamma Cephei Ab se consideró incierta en su momento y, por lo tanto, no se consideran los primeros exoplanetas descubiertos; [ 29 ] además, posteriormente se descubrió que HD 114762 b era una estrella ( enana roja en lugar de un planeta. [ 30 ] )
  3. ↑ El Archivo de Exoplanetas de la NASA tiene siete planetas listados para cuerpos con el nombre "PSR" al 25 de marzo de 2023 [ 37 ] mientras que la Enciclopedia de Planetas Extrasolares tiene 24 planetas listados para los mismos criterios. [ 38 ]
  4. ↑ En comparación, se cree que entre una cuarta y una quinta parte de todas las enanas blancas conocidas —el otro tipo de cadáver estelar— tienen planetas. [ 39 ]
  5. ↑ En comparación, la Vía Láctea tiene entre 100 y 400 mil millones de estrellas, [ 44 ] de las cuales se cree que la mayoría tienen planetas. [ 45 ]
  6. ↑ Los planetas se nombran en orden de descubrimiento, comenzando con una "b" minúscula que sigue al nombre de la estrella. En sistemas estelares múltiples, las estrellas reciben una letra mayúscula después del nombre del sistema, pero comienzan con una "A" para la estrella principal. [ 48 ]
  7. ↑ Debe dividirse por ~318 para convertir de masa terrestre a masa de Júpiter.
  8. ↑ Radio calculado con la masa mediana y la densidad mínima en la ecuación d=(1,89813*10^(30)*m)/((4/3)* π *r 3 ), donde d es la densidad (en g/cm 3 ), m es la masa (en M J ) y r es el radio (en centímetros). Debe dividirse por7,1492 × 10 9 para convertir de centímetros a R J
  9. ↑ A veces también conocido como PSR J1719-14, según PSR J1719-14
  10. ↑ Sus características de densidad-masa-radio implican que está compuesto enteramente de diamante. [ 74 ]
  11. ↑ Una interpretación alternativa es que el planeta se formó a través de una envoltura común, lo que podría hacerlo tan joven como 500 millones de años. [ 18 ]
  12. ↑ Opuesto a la dirección de rotación del planeta. [ 80 ]
  13. ↑ En el caso de PSR B1937+21, se cree que el objeto más masivo tiene una masa inferior a 1/10 000 de la de la Tierra. [ 83 ]
  14. ↑ Una ráfaga de radio rápida es una ráfaga de ondas de radio que dura milisegundos y se origina fuera de la Vía Láctea. [ 84 ] Una teoría sobre su causa es que los planetas que orbitan dentro del campo magnético de un púlsar crean una perturbación que produce las ráfagas, pero no se conocen ejemplos de este proceso. [ 85 ]
  15. ↑ La fuente indica que el nombre es 1E 2259+286 [ 2 ] pero el nombre correcto es 1E 2259+586. [ 87 ]
  16. ↑ Debe dividirse por ~318 para convertir de masa terrestre a masa de Júpiter.

Referencias

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