El sistema HR 8799 terminará con un extraño pinball cuando su estrella llegue al final de su vida. La estrella está en las últimas etapas de su vida. Cuando se convierta en enana blanca, el cambio en la gravedad del sistema provocará que tenga un desenlace lo más curioso…

HR 8799: El pinball desencadenado por los cambios en la estrella del sistema

Un grupo de investigadores ha analizado cómo va a evolucionar el sistema HR 8799 en el futuro. La estrella, más masiva que el Sol, tiene cuatro planetas a su alrededor, en una danza perfecta. El cambio en la gravedad, cuando la estrella se convierta en una enana blanca, provocará cambios profundos. Los planetas abandonarán sus órbitas y rebotarán por su gravedad mutua, de una forma muy parecida a lo que podemos observar en un pinball. En todo ese proceso, también empujarán restos cercanos hacia la estrella. Algo muy valioso.

El curioso pinball del sistema HR 8799
Imagen del sistema HR 8799, con las posiciones de los cuatro planetas en el momento de la observación. Crédito: NRC-HIA, Christian Marois, Keck Observatory

Es una gran oportunidad para entender cómo evolucionan las enanas blancas. A fin de cuentas, se pueden observar enanas blancas con atmósferas contaminadas por restos, y esto permitirá entender cómo llegaron a ese estado. El sistema HR 8799 se encuentra a 135 años-luz del Sistema Solar. La estrella es de tipo A, tiene entre 30 y 40 millones de años, y tiene cuatro planetas muy masivos a su alrededor. Todos tienen más de cinco veces la masa de Júpiter. Además, orbitan entre ellos a muy poca distancia. A esto le hay que sumar otros aspectos.

El sistema tiene dos discos de restos. Uno está en el interior de la órbita del planeta más cercano a la estrella. El otro, en el exterior de la órbita del planeta más lejano. En estudios recientes, se ha observado que los planetas están en una resonancia orbital perfecta. Cada planeta completa el doble de órbitas que su vecino. Es decir, por cada órbita que describe el planeta más alejado de HR 8799, el siguiente completa dos, el posterior completa cuatro órbitas. El planeta más cercano a la estrella, finalmente, completa ocho órbitas en ese mismo tiempo.

Una simulación para analizar qué sucederá en el futuro

Los investigadores han creado un modelo del sistema para poder estudiar cómo se va a comportar en el futuro. Esto les permitía experimentar con ese pinball planetario para investigar qué provocará que la resonancia orbital, en la que se encuentran en estos momentos, termine desestabilizándose. De esta manera, han determinado que la resonancia orbital, probablemente, continuará en funcionamiento durante los próximos 3000 millones de años. Esto a pesar de los efectos de la gravedad del conjunto de la Vía Láctea y visitas de otras estrellas.

El caos llega cuando la estrella entra en fase de gigante roja. Cuando esto suceda, aumentará su tamaño cientos de veces y expulsará, aproximadamente, la mitad de su masa. Después, finalmente, se convertirá en una enana blanca. Cuando llegue este punto, los planetas comenzarán a rebotar entre sí. Esto dará lugar a un sistema tremendamente caótico, donde los movimientos de los planetas se vuelven muy inciertos. Incluso un cambio, en la posición de un planeta, de un centímetro, al iniciarse el proceso, puede provocar resultados muy diferentes.

Como cuentan los investigadores, el sistema HR 8799 fue descubierto hace 13 años y, desde entonces, ha sido muy popular. Ahora, han conseguido observar cómo pasará de ser un lugar en el que todo está en perfecta armonía para convertirse en un caos absoluto. Según han explicado, en función de los parámetros que se utilicen en la simulación, es posible conseguir casi cualquier combinación. Desde que el planeta más cercano, o el tercero, sean expulsados, hasta que los segundo y cuarto planetas intercambien sus órbitas.

El sistema de HR 8799 terminará en un pinball por lo específico de su configuración

Los planetas de HR 8799 son tan grandes, y están tan cerca entre sí, que la ubicación de sus órbitas es lo único que está manteniéndolos en armonía. Los cuatro están conectados en la resonancia orbital. Por lo que, con la pérdida de masa de la estrella, sus ubicaciones cambiarán. En ese momento, dos de los planetas se dispersarán mutuamente, provocando una reacción en cadena que afectará a los otros cuatro. Es difícil describir los movimientos precisos, según han explicado los investigadores, pero sí se puede tener la idea general.

Recreación artística de una enana blanca con un disco de restos planetarios. Crédito: ESA/Hubble

Los planetas se moverán lo suficiente, una vez comience el caos, para desprender material de los discos de restos y lanzarlos a la estrella. Estos restos son, precisamente, los que se están intentando analizar para comprender mejor cómo evolucionan las enanas blancas. A fin de cuentas, al integrarse en la atmósfera de la estrella la contaminan. HR 8799 es, por tanto, un sistema que se puede utilizar como una especie de cápsula en el tiempo. Todavía falta mucho tiempo hasta que se convierta en una enana blanca, pero se puede entender su desenlace.

Con esto, los investigadores quieren incidir en que no solo es interesante comprender cómo se formó un sistema. También es muy útil comprender cómo evolucionarán en el futuro, para poder entender cómo se comporta un sistema a lo largo de su historia. El estudio de exoplanetas y estrellas está permitiendo comprender qué sucede con el paso del tiempo. Desde cómo va variando la configuración de un sistema estelar, desde su nacimiento hasta su muerte, como qué cambios experimentan las estrellas que han llegado al final del camino…

Estudio

El estudio es D. Veras y S. Hinkley; «The post-main-sequence fate of the HR 8799 planetary system». Publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el 14 de mayo de 2021. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.

Referencias: Phys