No espaço, eventos cataclísmicos acontecem com as estrelas o tempo todo. Alguns explodem como supernovas, alguns são dilacerados por buracos negros e alguns sofrem outros destinos. Mas quando se trata de planetas, as estrelas viram o jogo. Então são as estrelas que infligem destruição.

As estrelas gigantes vermelhas em expansão consomem e destroem planetas que se aproximam demais, e um novo estudo analisa mais profundamente o processo de engolfamento estelar.

Estrelas como o nosso sol eventualmente se tornarão gigantes vermelhas. Por meio da fusão nuclear , eles convertem massa em energia (E=mc 2 , certo?) Ao longo de suas vidas, eles liberam tanta massa quanto energia que eventualmente se expandem e ficam vermelhos. Para planetas que estão muito próximos dessas esferas inchadas, significa o fim. Eles são eventualmente engolfados e completamente destruídos.

Muitas pesquisas se aprofundaram no processo de engolfamento planetário, e um novo estudo calculou que uma em cada dez estrelas evoluídas na Via Láctea engolirá planetas com a massa de Júpiter.

O estudo é intitulado “Engolfamento de planetas gigantes por estrelas gigantes evoluídas : curvas de luz, asterosismologia e capacidade de sobrevivência”. O primeiro autor é Christopher O'Connor. O'Connor é Ph.D. estudante do Departamento de Astronomia da Cornell University. O estudo ainda não foi revisado por pares e está disponível no servidor arXiv .

O estudo se concentra em dois tipos de estrelas evoluídas que estão intimamente relacionadas: estrelas do ramo gigante vermelho (RGB) e estrelas do ramo gigante assintótico (AGB). Os dois são semelhantes e, de fato, as estrelas RGB podem se tornar estrelas AGB. O termo estrela evoluída é descritivo o suficiente para abranger ambos e, neste trabalho, o importante é que as estrelas RGB e as estrelas AGB deixaram a sequência principal.

À medida que essas estrelas evoluídas perdem massa, elas se expandem e, nesse estágio, quaisquer planetas próximos estão em perigo. O envelope convectivo da estrela incha e envolve o planeta. Isso cria arrasto, o que faz com que o planeta gire em direção à estrela. Os astrônomos sabem disso e, neste trabalho, os autores examinaram a frequência desses eventos e como as estrelas reagem.

Eles descrevem uma estrela parecida com o sol como uma estrela com 1 a 2 massas solares. Cerca de 10% dessas estrelas irão engolir um planeta entre 1 a 10 massas de Júpiter. Para essas relações de massa, a espiral levará entre 10 e 100 anos ou entre 100 e 1000 órbitas.

Para determinar esses intervalos e como a estrela responde, os pesquisadores usaram uma ferramenta de software de astronomia de código aberto chamada MESA (Modules for Experiments in Stellar Astrophysics). resposta à deposição de energia ao mesmo tempo em que evolui a órbita planetária", explicam. O MESA revelou como as diferentes estrelas evoluídas responderam ao engolfamento de planetas com diferentes massas.

Embora muitos eventos astrofísicos ocorram ao longo de milhares, milhões ou mesmo centenas de milhões de anos, o engolfamento planetário é um processo muito mais rápido. Mas antes que o planeta e a estrela entrem em contato, duas coisas os aproximam: expansão estelar e decaimento orbital. Esta é a primeira fase do engolfamento, onde o atrito das marés causa a decadência orbital do planeta. Os autores explicam que a fricção de maré é "provavelmente devida à dissipação turbulenta no envelope convectivo da estrela". Neste ponto do processo, o arrasto da coroa estelar e o vento estelar são mínimos.

Uma vez que a estrela e o planeta começam a entrar em contato, as coisas mudam. O atrito das marés fica em segundo plano em relação às forças de arrasto. Os autores chamam isso de fase de "pastejo". “A interação hidrodinâmica ‘rasteira’ da estrela e do planeta é complexa e tridimensional”, escrevem eles. As complexidades na fase de rastejamento podem incluir fenômenos como a expulsão de matéria da estrela e transientes ópticos e de raios-X desencadeados por choques. Mas este estudo deixa esses fenômenos de lado por enquanto. "Nós nos concentramos na fase posterior 'inspiral' de engolfamento, quando o planeta está completamente imerso no envelope", escreveram eles.

Quando um planeta está na fase inspiral, ele deposita calor na estrela. A última parte desta fase é chamada de fase inspiral tardia, e o calor adicionado à estrela durante esta fase é amplamente responsável pela resposta da estrela. A massa do planeta é um fator determinante em quanto calor é depositado.

Os engolfos fazem com que o envelope estelar se expanda e contraia, embora não de forma monotônica. Uma determinada casca de massa pode expandir e contrair várias vezes durante o evento. Os pesquisadores dizem que o planeta pode ser visualizado como uma fonte de calor local na casca, e a fonte está se movendo em direção ao centro da estrela. Esse movimento e outras propriedades da estrela criam expansões e contrações variadas.

Esta pesquisa concorda com pesquisas anteriores que mostram que o engolfamento do planeta leva a explosões ópticas e infravermelhas na luminosidade. O poder e a duração dessas rajadas são amplamente determinados pela massa do planeta e da estrela, embora outros fatores como a rotação possam entrar em jogo. Os pesquisadores descobriram que para todas as estrelas RGB, e para estrelas AGB envolvendo planetas de até cinco massas de Júpiter, a estrela brilha consideravelmente em apenas alguns anos.

Os resultados gerais dos pesquisadores mostram que, para ambos os tipos de estrelas evoluídas que envolvem um planeta no lado inferior da faixa, até três massas de Júpiter, as mudanças na estrutura estelar são leves a moderadas. O brilho da estrela aumenta em até uma magnitude em apenas alguns anos. Estrelas mais brilhantes podem experimentar um pico duplo.

Para estrelas nos estágios posteriores do AGB, o planeta engolfado pode criar uma grande perturbação nas camadas externas da estrela. Pode desencadear a expansão supersônica das camadas externas da estrela. Nesse caso, as estrelas podem se assemelhar ao Luminous Red Novae (LRN), pois produzem erupções brilhantes, vermelhas e empoeiradas.

Independentemente do tipo de estrela, da massa do planeta e de como a estrela responde ao engolfamento, o destino do planeta é sempre o mesmo: perturbação das marés.

Este estudo tem aplicabilidade limitada ao nosso sistema solar. Nosso sol se tornará um gigante vermelho em alguns bilhões de anos, mas a menos que algo extremamente perturbador aconteça antes disso, Júpiter está fora de alcance. Em vez disso, os planetas rochosos internos enfrentam o engolfamento.

Este estudo é baseado em simulações e não em observações, mas as simulações podem ajudar os astrônomos a identificar a coisa real quando ela acontecer. Engolfos são eventos transitórios, e alguns telescópios e observatórios existentes e futuros se concentram inteiramente em transientes e astronomia no domínio do tempo. Quando o Observatório Vera Rubin ficar online por volta de agosto de 2024, ele detectará uma infinidade de eventos transitórios, alguns dos quais serão estrelas evoluídas envolvendo planetas com a massa de Júpiter .

Os resultados deste estudo podem ajudar a identificá-los.