Los planetas pulsares son planetas que orbitan alrededor de púlsares . Los primeros planetas de este tipo que se descubrieron fueron púlsares de alrededor de un milisegundo en 1992 y fueron los primeros planetas extrasolares cuyo descubrimiento se confirmó. Los púlsares son relojes extremadamente precisos e incluso los planetas pequeños pueden crear variaciones detectables en las características de los púlsares; el exoplaneta más pequeño conocido es un planeta pulsar.
Son extremadamente raros, con solo media docena de ellos registrados por el Archivo de Exoplanetas de la NASA . Solo procesos especiales pueden dar lugar a compañeros del tamaño de planetas alrededor de púlsares, y se cree que muchos son cuerpos exóticos, como planetas hechos de diamante , que se formaron a través de la destrucción parcial de una estrella compañera. La intensa radiación y los vientos que consisten en pares electrón - positrón tenderían a despojar a dichos planetas de sus atmósferas, lo que los convertiría en moradas 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 turbulencias. 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 turbulencias y destruya así la zona muerta. [3] Por lo tanto, un disco necesita tener una gran masa para dar lugar a planetas. [4]
Existen varios procesos [a] que podrían dar origen a sistemas planetarios:
Los planetas de "primera generación" son planetas que orbitaban la estrella antes de que se convirtiera en supernova y se convirtiera en un púlsar: [6] Las estrellas masivas tienden a carecer de planetas, posiblemente debido a la dificultad de detectarlos alrededor de estrellas muy brillantes, pero también porque la radiación de tales estrellas destruiría los discos protoplanetarios. Los planetas que orbitan a unas 4 unidades astronómicas de la estrella corren el riesgo de ser engullidos y destruidos cuando 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 desprendan del sistema. Es probable que ninguno de los sistemas de planetas púlsar conocidos se haya formado en este proceso. [7]
Planetas de "segunda generación" a partir de material que cae sobre el púlsar después de una supernova: [6] El material podría alcanzar teóricamente una masa comparable a la de un disco protoplanetario, [7] pero es probable que se disipe demasiado rápido 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 se destruye a través de la interacción con un púlsar, formando un disco de baja masa. Los púlsares pueden emitir radiación energética que calienta la estrella compañera, hasta que desborda su lóbulo de Roche y finalmente se destruye. Otro mecanismo es la emisión de ondas gravitacionales , que encogen 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 a través del retroceso 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 acretado 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 lugar 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] un sistema de este tipo se conoce como "viuda negra". [14]
Por último, es posible que planetas de estrellas compañeras o planetas rebeldes sean capturados por un púlsar, [15] o que un púlsar se fusione con la estrella anfitriona original de los planetas. [16] Este último proceso formaría una " envoltura común " que eventualmente se descompone para formar un disco a partir del cual se pueden desarrollar planetas. [17]
Trascendencia
Los escenarios de formación tienen consecuencias para la composición de los planetas: un planeta formado a partir de restos de supernova probablemente sea rico en metales e isótopos radiactivos [15] y puede contener grandes cantidades de agua ; [18] uno formado a través de la ruptura de una enana blanca sería rico en carbono [15] y consistiría en grandes cantidades de diamante ; [19] un fragmento de enana blanca real sería extremadamente denso. [15] A partir de 2022 [actualizar], el tipo de planeta más común alrededor de un púlsar es un " planeta diamante ", una enana blanca de masa muy baja . [20] Otros objetos alrededor de los púlsares podrían incluir asteroides , cometas y planetoides . [21] Los escenarios más especulativos son los planetas que consisten en materia extraña , que podrían ocurrir mucho más cerca de los púlsares que los planetas de materia ordinaria, emitiendo potencialmente ondas gravitacionales . [22]
Los planetas pueden interactuar con el campo magnético de un púlsar para producir las llamadas " alas de Alfvén ", que son corrientes eléctricas con forma de alas alrededor del planeta que inyectan energía en el planeta [23] y podrían producir emisiones de radio detectables. [24]
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 el 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 desaceleran con el tiempo de manera muy regular; [4] los planetas alteran este patrón a través de su atracción gravitatoria sobre el púlsar, lo que provoca un efecto Doppler en los pulsos. [25] En teoría, la técnica también podría utilizarse para detectar exolunas alrededor de planetas púlsar. [26] Sin embargo, existen limitaciones en la visibilidad de los planetas púlsar; las fallas del púlsar y los cambios en el modo de pulsación pueden imitar la existencia de planetas. [27]
Los primeros [b] planetas extrasolares que se descubrieron (en 1992 por Dale Frail y Aleksander Wolszczan ) fueron los planetas púlsar alrededor de PSR B1257+12 . [30] El descubrimiento demostró que los exoplanetas pueden detectarse desde la Tierra, [31] y condujo a la expectativa de que los planetas extrasolares podrían no ser poco comunes. [4] A partir de 2016 [32] el planeta extrasolar menos masivo conocido ( PSR B1257+12 A , solo 0,02 M E ) es un planeta púlsar. [33][actualizar]
Sin embargo, el tamaño y las características espectroscópicas particulares hacen que la visualización de estos planetas sea muy difícil. [15] Una forma posible de obtener imágenes de un planeta es detectar su tránsito frente a la estrella: en el caso de los planetas pulsares, la probabilidad de que un planeta transite frente a ellos es muy baja debido al pequeño tamaño de estos. Los análisis espectroscópicos de los planetas se dificultan por los espectros complicados de los pulsares. Las interacciones entre un campo magnético planetario, el pulsar y las emisiones térmicas de los planetas son vías más probables para obtener información sobre los planetas. [34]
Aparición
A partir de 2022, solo se conocen [actualizar]alrededor de media docena de [c] planetas púlsar, [11] lo que implica una tasa de ocurrencia de no más de un sistema planetario por cada 200 púlsares. [d] [38] 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 púlsar 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 se hicieron girar por acreción, mientras formaban binarios de rayos X ; la radiación emitida en estas circunstancias evaporaría cualquier planeta. [39] Los púlsares permanecen visibles durante solo unos pocos millones de años, menos del tiempo que tarda en formarse un planeta, lo que limita la posibilidad de observar uno. [40]
Según la tasa de ocurrencia conocida de planetas pulsares, podría haber hasta 10 millones de ellos en la Vía Láctea . [e] [43] Todos los planetas pulsares conocidos se encuentran alrededor de pulsares de milisegundos , [1] estos son pulsares antiguos que se formaron a través de la acreción de masa de un compañero. A partir de 2015 [actualizar]no hay planetas conocidos alrededor de pulsares jóvenes; [44] son menos regulares que los pulsares de milisegundos y, por lo tanto, detectar planetas es más difícil. [34]
Planetas pulsares 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 5.600 parsecs (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 media de 2,83 M J , asumiendo una masa de 1,4 M ☉ para el púlsar. Su densidad mínima es de 11 g/cm 3 . Asumiendo la masa media, implica un radio máximo de 48.850 kilómetros (30.350 mi). [65] El planeta tarda sólo 0,133 días (3,2 h) en completar una órbita y está situado a una distancia equivalente al 0,49% de una unidad astronómica de M62H. [66]
PSR-B1257+12
El pulsar PSR B1257+12 ,710+43 −38Se confirmó que el sistema , ubicado a unos 100 pársecs de distancia [67] en la constelación de Virgo , tenía planetas en 1992, basándose en observaciones realizadas con el Observatorio de Arecibo . [68] El sistema consiste en 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] Lo más probable es que se formaran a partir de un disco protoplanetario, [1] probablemente generado a partir de 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 ctoniano [73] con una masa comparable a Júpiter pero menos del 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 que consiste en un púlsar y una enana blanca [1] en el cúmulo globular M4 . [4] Este planeta puede haber sido capturado en la órbita del púlsar, un proceso que es particularmente probable dentro del entorno compacto de un cúmulo globular, [15] y puede tener alrededor de 12.6 mil millones de años, lo que lo convierte en el planeta más antiguo conocido. [k] [76] Su existencia puede demostrar que los planetas pueden formarse en un medio pobre en metales, incluidos los cúmulos globulares. [77]
PSR-J2322-2650
PSR J2322-2650 parece tener un compañero con una masa similar a la de Júpiter. La radiación del púlsar podría estar calentándolo a unos 1000 metros.2300 K ; una fuente de luz observada cerca del púlsar puede ser el planeta. [78] Este púlsar es considerablemente menos luminoso que muchos, lo que puede explicar por qué el planeta ha sobrevivido hasta nuestros días. [79]
El sistema binario enana blanca-púlsar PSR J0348+0432 puede ser un sistema que podría desarrollar planetas pulsares en el futuro. [85] Se ha propuesto la existencia de una nube de polvo en el púlsar Geminga que puede ser un precursor de planetas. [86]
Candidatos
Hubo informes anteriores de planetas pulsares que fueron retractados o considerados poco convincentes, [87] 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 debatida desde 1979 y aún no se ha resuelto a partir de 2017. [actualizar][ 88] Se ha establecido de manera concluyente que PSR B1828-11 muestra una actividad magnetosférica que imita a los planetas, sin tener ninguno, [89] y un candidato a planeta alrededor del púlsar Geminga se atribuyó más tarde al ruido de sincronización. [86]
Habitabilidad
Los púlsares emiten un espectro de radiación muy diferente al de las estrellas normales, con muy poca radiación óptica o infrarroja pero grandes cantidades de radiación ionizante [43] y pares electrón - positrón , que son generados por el campo magnético del púlsar mientras gira. Además, el calor remanente 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 impulsan la emisión de radiación térmica y neutrinos . [97] Los pares electrón-positrón y los rayos X son absorbidos por las atmósferas planetarias y las calientan, lo que provoca un intenso escape atmosférico que puede eliminarlos. [98] La presencia de un campo magnético planetario podría mitigar el impacto de los pares electrón-positrón. [99]
La habitabilidad se define convencionalmente por la temperatura de equilibrio de un planeta, que es una función de la cantidad de radiación entrante; un planeta se define como "habitable" si puede existir agua líquida en su superficie [100] aunque incluso los planetas con poca energía externa pueden albergar vida subterránea. [101] Los púlsares no emiten grandes cantidades de radiación dado su pequeño tamaño; la zona habitable puede fácilmente terminar tan cerca de la estrella que los efectos de marea destruyen los planetas. [102] Además, a menudo no está claro cuánta radiación emite un púlsar determinado y cuánta de ella puede alcanzar realmente la superficie de un planeta hipotético; de los planetas púlsar conocidos, solo estos de PSR B1257+12 están cerca de la zona habitable [103] y a partir de 2015 [actualizar], ningún planeta púlsar conocido es probable que sea habitable. [4] [37] Otras fuentes de calor pueden ser isótopos radiactivos como el potasio-40 formado durante la supernova que dio origen al púlsar [18] y el calentamiento por marea de planetas con órbitas cercanas. [104] La radiación de fuentes externas como estrellas compañeras también se sumaría al presupuesto energético. [73]
^ Los planetas preexistentes que sobrevivieron a la supernova se conocen como escenarios de "Salamandras"; en la mitología se cree que las salamandras sobreviven a los incendios. Los planetas formados a partir de restos estelares se conocen como escenarios de "Memnónides"; los Memnónides según el poeta romano Ovidio eran pájaros formados a partir de las cenizas del guerrero Memnón . [5]
^ La detección anterior de los planetas HD 114762 b y Gamma Cephei Ab se consideró incierta en ese momento y, por lo tanto, no se los considera los primeros exoplanetas descubiertos; [28] además, más tarde se descubrió que HD 114762 b era una estrella ( una enana roja en lugar de un planeta). [29 ]
^ A modo de comparación, se cree que entre una cuarta y una quinta parte de todas las enanas blancas conocidas (el otro tipo de cadáver estelar) contienen planetas. [37]
^ En comparación, la Vía Láctea tiene alrededor de 100 a 400 mil millones de estrellas, [41] la mayoría de las cuales se cree que contienen planetas. [42]
^ Los planetas reciben su nombre según el orden de descubrimiento, comenzando con una "b" minúscula que aparece después del nombre de la estrella. En los sistemas estelares múltiples, las estrellas reciben una letra mayúscula después del nombre del sistema, pero comienzan con "A" para la estrella principal. [45]
^ 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
^ A veces también conocido como PSR J1719-14, por PSR J1719-14
^ Sus características de densidad-masa-radio implican que está compuesto enteramente de diamante. [74]
^ 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. [17]
^ En el caso de PSR B1937+21, se cree que el objeto más masivo tiene una masa de menos de 1/10000 de la de la Tierra. [80]
^ Una ráfaga de radio rápida es una ráfaga de ondas de radio que dura milisegundos y se origina fuera de la Vía Láctea. [81] 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. [82]
^ La fuente indica que el nombre es 1E 2259+286 [2] pero el nombre correcto es 1E 2259+586. [84]
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