In questo schema dell'ingolfamento planetario, l'immagine a sinistra mostra un pianeta all'interno di una stella gigante, con la sua traiettoria di decadimento orbitale come una linea tratteggiata. L'immagine a destra mostra densità e velocità in una simulazione del flusso vicino al pianeta. Credito:Ricardo Yarza et al.
Quando il nostro sole esaurirà l'idrogeno nel suo nucleo tra circa 5 miliardi di anni, si espanderà fino a diventare una gigante rossa, inghiottendo i pianeti interni. La dinamica e i possibili risultati dell'ingolfamento planetario sono poco conosciuti, ma si pensa che sia un destino relativamente comune per i sistemi planetari.
Un nuovo studio che utilizza simulazioni idrodinamiche rivela le forze che agiscono su un pianeta quando viene inghiottito da una stella in espansione. I risultati mostrano che le interazioni di un corpo substellare (un pianeta o una nana bruna) con il gas caldo nell'involucro esterno di una stella simile al sole possono portare a una serie di risultati che dipendono dalle dimensioni dell'oggetto inghiottito e dallo stadio di l'evoluzione della stella.
L'autore principale Ricardo Yarza dell'Università della California, Santa Cruz, presenterà le nuove scoperte il 13 giugno 2022, al 240° incontro dell'American Astronomical Society (AAS) a Pasadena.
"Le stelle evolute possono essere centinaia o addirittura migliaia di volte più grandi dei loro pianeti e questa disparità di scale rende difficile eseguire simulazioni che modellino accuratamente i processi fisici che si verificano a ciascuna scala", ha affermato Yarza, uno studente laureato in astronomia e astrofisica presso UCSC. "Invece, simuliamo una piccola sezione della stella centrata sul pianeta per comprendere il flusso attorno al pianeta e misurare le forze di trascinamento che agiscono su di esso."
I risultati possono aiutare a spiegare le recenti osservazioni di pianeti e nane brune in orbita ravvicinata con resti stellari come nane bianche e subnane. Precedenti studi hanno suggerito che questi sistemi potrebbero essere il risultato finale di un processo di inghiottimento planetario che comporta il restringimento dell'orbita del corpo inghiottito e l'espulsione degli strati esterni della stella.
"Mentre il pianeta viaggia all'interno della stella, le forze di trascinamento trasferiscono energia dal pianeta alla stella e l'involucro stellare può liberarsi se l'energia trasferita supera la sua energia di legame", ha spiegato Yarza.
Secondo i calcoli di Yarza e dei suoi colleghi, nessun corpo substellare più piccolo di circa 100 volte la massa di Giove può espellere l'involucro di una stella simile al sole prima che si espanda a circa 10 volte il raggio del sole. Nelle fasi successive dell'evoluzione e dell'espansione stellare, tuttavia, l'involucro stellare potrebbe essere espulso da un oggetto piccolo fino a dieci volte la massa di Giove, che nel processo ridurrebbe la sua orbita di diversi ordini di grandezza.
Lo studio ha anche scoperto che l'ingolfamento planetario può aumentare la luminosità di una stella simile al sole di diversi ordini di grandezza fino a diverse migliaia di anni, a seconda della massa dell'oggetto inghiottito e dello stadio evolutivo della stella.
La struttura fornita da questo studio può essere incorporata in lavori futuri per esplorare l'effetto dell'ingolfamento sulla struttura della stella. "Il nostro lavoro può fornire informazioni sulle simulazioni dell'ingolfamento planetario alla scala della stella fornendo un quadro di riferimento accurato della fisica alla scala del pianeta", ha affermato Yarza.
Una grande varietà di sistemi planetari è stata ora descritta dai programmi di ricerca di esopianeti. Con l'evolversi di questi sistemi, è probabile che una frazione significativa subisca l'ingolfamento planetario. "Riteniamo che sia relativamente comune", ha affermato Yarza.
Un documento sulle nuove scoperte è stato inviato per la pubblicazione sull'Astrophysical Journal . Gli autori senior dell'articolo sono Enrico Ramirez-Ruiz, professore di astronomia e astrofisica, e Dongwook Lee, professore associato di matematica applicata, entrambi alla UC Santa Cruz.
Ramirez-Ruiz si è detto impressionato dal lavoro di Yarza su questo progetto. "Ci sono molti ingredienti per il successo ai massimi livelli della ricerca astrofisica, tra cui creatività, palato nella selezione delle domande chiave, forza e gamma di conoscenze, capacità di comunicare risultati scientifici, padronanza tecnica e indipendenza. Ricardo si distingue per il suo vettore è grande in tutte queste dimensioni fondamentali", ha detto. + Esplora ulteriormente
