Simulações revelam a hidrodinâmica do envolvimento planetário pela expansão da estrela
Neste esquema de engolfamento planetário, a imagem à esquerda mostra um planeta dentro de uma estrela gigante, com sua trajetória de decaimento orbital como uma linha tracejada. A imagem à direita mostra densidade e velocidade em uma simulação do fluxo próximo ao planeta. Crédito:Ricardo Yarza et al.
Quando nosso sol esgotar o combustível de hidrogênio em seu núcleo daqui a 5 bilhões de anos, ele se expandirá para se tornar uma gigante vermelha, engolindo os planetas internos. A dinâmica e os possíveis resultados do engolfamento planetário são pouco compreendidos, mas acredita-se que seja um destino relativamente comum para os sistemas planetários. Um novo estudo usando simulações hidrodinâmicas revela as forças que atuam em um planeta quando é engolido por uma estrela em expansão. Os resultados mostram que as interações de um corpo subestelar (um planeta ou anã marrom) com o gás quente no envelope externo de uma estrela semelhante ao Sol podem levar a uma série de resultados, dependendo do tamanho do objeto engolido e do estágio de evolução. a evolução da estrela.
O autor principal Ricardo Yarza, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, apresentará as novas descobertas em 13 de junho de 2022, na 240ª reunião da American Astronomical Society (AAS) em Pasadena.
"As estrelas evoluídas podem ser centenas ou até milhares de vezes maiores que seus planetas, e essa disparidade de escalas dificulta a realização de simulações que modelem com precisão os processos físicos que ocorrem em cada escala", disse Yarza, estudante de pós-graduação em astronomia e astrofísica da UCSC. "Em vez disso, simulamos uma pequena seção da estrela centrada no planeta para entender o fluxo ao redor do planeta e medir as forças de arrasto que atuam sobre ele."
Os resultados podem ajudar a explicar observações recentes de planetas e anãs marrons orbitando de perto remanescentes estelares, como anãs brancas e subanãs. Estudos anteriores sugeriram que esses sistemas podem ser o resultado final de um processo de engolfamento planetário que envolve o encolhimento da órbita do corpo engolfado e a ejeção das camadas externas da estrela.
“À medida que o planeta viaja dentro da estrela, as forças de arrasto transferem energia do planeta para a estrela, e o envelope estelar pode se desvincular se a energia transferida exceder sua energia de ligação”, explicou Yarza. Animações mostram a evolução da densidade e fluxo em simulações de um planeta embutido no envelope de uma estrela gigante, mostrando as interações do inspirando o planeta com o gás em sua vizinhança. Crédito:Ricardo Yarza et al. De acordo com os cálculos de Yarza e seus colegas, nenhum corpo subestelar menor que cerca de 100 vezes a massa de Júpiter pode ejetar o envelope de uma estrela parecida com o Sol antes que ela se expanda para cerca de 10 vezes o raio do Sol. Em estágios posteriores da evolução e expansão estelar, no entanto, o envelope estelar poderia ser ejetado por um objeto tão pequeno quanto dez vezes a massa de Júpiter, o que diminuiria sua órbita em várias ordens de magnitude no processo.
O estudo também descobriu que o engolfamento planetário pode aumentar a luminosidade de uma estrela parecida com o Sol em várias ordens de magnitude por até vários milhares de anos, dependendo da massa do objeto engolfado e do estágio evolutivo da estrela.
A estrutura fornecida por este estudo pode ser incorporada em trabalhos futuros para explorar o efeito do engolfamento na estrutura da estrela. “Nosso trabalho pode informar simulações de engolfamento planetário na escala da estrela, fornecendo uma imagem de referência precisa da física na escala do planeta”, disse Yarza.
Uma grande variedade de sistemas planetários já foi descrita por programas de busca de exoplanetas. À medida que esses sistemas evoluem, é provável que uma fração significativa sofra um engolfamento planetário. "Acreditamos que é relativamente comum", disse Yarza.
Um artigo sobre as novas descobertas foi submetido para publicação no Astrophysical Journal . Os autores seniores do artigo são Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica, e Dongwook Lee, professor associado de matemática aplicada, ambos da UC Santa Cruz.
Ramirez-Ruiz disse que ficou impressionado com o trabalho de Yarza neste projeto. "Há muitos ingredientes para o sucesso nos mais altos níveis de pesquisa em astrofísica, incluindo criatividade, paladar na seleção de questões-chave, força e alcance do conhecimento, capacidade de comunicar resultados científicos, domínio técnico e independência. vetor é grande em todas essas dimensões fundamentais", disse ele. + Explorar mais
