Telescopios captaron las consecuencias de una enérgica, y escasamente vista, colisión planetaria
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Una colisión planetaria a 1.800 años luz de distancia dio origen a un cuerpo que se enfrió de manera inesperada. Un cuento corto perfecto. Salvo que los astrónomos no ven algo así todos los días. Quieren saber más, y nosotros con ellos. Porque la ’novedad’ surgió de la revisión que hizo un astrónomo aficionado de datos de un observatorio espacial que dejó de funcionar muchos años atrás.
En un artículo con la firma de Marta Hill, se describe que en 2021, una red de telescopios terrestres que escaneaban el cielo detectó una estrella similar al Sol que se oscurecía rápidamente. Un astrónomo aficionado que observaba el mismo sistema en los datos del telescopio espacial NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA, ahora fuera de servicio, notó que había aumentado su brillo en un 4 % en longitudes de onda infrarrojas sólo unos años antes.
Tras una inspección más detallada, los investigadores propusieron que el aumento de brillo en 2021 se debió a la emisión de dos planetas que colisionaron y crearon un nuevo cuerpo planetario. El oscurecimiento resultante probablemente se debió al polvo y los escombros posteriores a la colisión que pasaron frente a la estrella, llamada ASASSN-21qj.
Ahora, con nuevos datos recopilados en febrero y noviembre con el Telescopio Espacial James Webb ( JWST), los investigadores pueden comenzar a comprender qué sucedió después de la colisión.
Un punto afortunado #
Las observaciones originales de ASASSN-21qj se realizaron a partir de estudios del cielo, que se llevan a cabo con redes de telescopios que escanean grandes porciones del cielo con regularidad. Es mucho cielo para examinar, por lo que detectar esta colisión fue una cuestión de suerte, dijo Simon Lock, científico planetario de la Universidad de Bristol y coautor del estudio. La Red Global de Telescopios del Observatorio Las Cumbres capturó imágenes en luz visible, y el Wide-field Infrared Survey Explorer observó el sistema en el rango infrarrojo.
“Nunca antes habíamos observado algo así de forma directa. Habíamos visto fragmentos de escombros pasando frente a estrellas. Habíamos visto discos de material que de repente se volvían un poco más gruesos y calientes, pero en realidad observar la emisión directa de un planeta recién formado es realmente genial”, dijo Lock.
Existen varias teorías sobre cómo se forman los planetas, y estos hallazgos parecen respaldar la hipótesis de que se forman a través de la colisión de otros cuerpos celestes, dijo Lock. Dado el tamaño y la temperatura del evento, una posible serie de circunstancias es que los cuerpos en colisión fueran gigantes de hielo del tamaño de Neptuno.
Después de que el equipo se dio cuenta de lo que los observadores del cielo habían captado accidentalmente, continuaron la detección con observaciones del JWST. Pero las imágenes infrarrojas y los espectros del JWST de este sistema han sido difíciles de interpretar, explicó Lock, en parte porque la señal que están buscando es muy débil en comparación con todo el sistema, especialmente la estrella.
Las observaciones captaron la estrella, un cuerpo poscolisión y, posiblemente, una nube de polvo, dijo Richelle van Capelleveen, candidata a doctora en ciencias planetarias en la Universidad de Leiden y coautora del estudio. “Ha sido todo un desafío extraer correctamente la estrella del espectro combinado”, admitió.
Los astrónomos ya se han encontrado con este problema antes, por ejemplo, con observaciones directas de exoplanetas, pero en este caso, la señal fue incluso más débil de lo esperado. El equipo cree que la razón es que el cuerpo post-impacto se enfrió más rápido de lo que predijeron los modelos.
Además, “algunas partes del espectro devuelto por el JWST son más intensas en los datos de noviembre que en las lecturas de febrero, mientras que otras son menos intensas”, dijo Lock. Este comportamiento no coincide con lo que los astrónomos esperarían del material poscolisión que se enfría rápidamente. Aunque todavía hay más cálculos por realizar, los resultados iniciales indican a Lock que hay algo sucediendo en este sistema que no encaja con nuestro conocimiento actual.
“Realmente estamos en un punto en el que no sabemos nada, y eso es bastante emocionante desde el punto de vista científico, pero también es un poco aterrador”, dijo Lock. Agregó que espera que con el aporte de más expertos puedan descifrar qué podría causar estas lecturas inesperadas. El equipo recibirá más datos del Webb en junio de 2025.
Los investigadores presentaron sus hallazgos el pasado 9 de diciembre en la Reunión Anual de otoño 2024 de la AGU en Washington, D.C.
¿Un evento no tan especial? #
La singularidad de esta observación es una debilidad, dijo [Jack Lissauer]( https://www.nasa.gov/people/jack-lissauer/), científico planetario del Centro de Investigación Ames de la NASA que no participó en el estudio. Estadísticamente, los investigadores no pueden aprender mucho de una sola observación, dijo. “Parte del problema con un [evento] es que cuando buscas muchas cosas, vas a encontrar algunas cosas inusuales”, dijo Lissauer.
En este momento es difícil evaluar si eventos como estos ocurren con frecuencia, pero desde un punto de vista teórico, este tipo de eventos son esperables, dijo el astrofísico estelar [Carl Melis]( https://astro.ucsd.edu/people/researchers/index.html) de la Universidad de California en San Diego. Melis no participó en el artículo original, pero ahora está ayudando con la exploración adicional.
La búsqueda de ejemplos históricos de este tipo de colisión podría ayudar a solidificar las implicaciones de estos hallazgos, dijo [Matthew Kenworthy]( https://www.universiteitleiden.nl/en/staffmembers/matthew-kenworthy#tab-1), profesor de astronomía también de la Universidad de Leiden que ha estado involucrado en este hallazgo desde el principio.
“Hay muchas pruebas de que se producen interacciones violentas”, afirmó Kenworthy. “Ver a uno de estas cosas atrapadas en pleno acto es bastante espectacular y, por ahora, es sólo una de ellas, pero lo descubrimos gracias a un accidente maravilloso. Ahora sabemos qué buscar. De hecho, tenemos fuertes sospechas de que no es la única cosa que hay”.
Este artículo es una traducción, con algunas intervenciones, del artículo firmado por Marta Hill y publicado en EOS
English version #
Telescopes Catch the Aftermath of an Energetic Planetary Collision #
A planetary collision 1,800 light-years away birthed a body that has cooled in unexpected ways
In 2021, a network of ground-based telescopes scanning the sky spotted a Sun-like star dimming rapidly. An amateur astronomer looking at the same system in data from NASA’s now-decommissioned space-based NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) telescope noticed that it had brightened by 4% at infrared wavelengths just a few years before.
Upon closer inspection, researchers proposed that the brightening in 2021 was the emission from two planets colliding and creating a new planetary body. The ensuing dimming was likely due to postcollision dust and debris passing in front of the star, named ASASSN-21qj.
Now, with new data collected in February and November with the James Webb Space Telescope ( JWST), researchers can start to understand what happened after the collision.
A Lucky Spot #
The original observations of ASASSN-21qj came from sky surveys, which are conducted by networks of telescopes that scan large portions of the sky regularly. That’s a lot of sky to sift through, so catching this collision was a matter of chance, said Simon Lock, a planetary scientist at the University of Bristol and a study coauthor. The Las Cumbres Observatory Global Telescope Network captured images in visible light, and the Wide-field Infrared Survey Explorer observed the system in the infrared.
“We’ve never directly observed something like this before. We’ve seen bits like the debris passing in front of stars. We’ve seen disks of material suddenly get a bit fatter and hotter, but actually to look at the direct emission from a newly formed planet, that’s really cool,” Lock said.
“There are several theories for how planets are formed, and these findings seem to support the hypothesis that they are formed through the collision of other celestial bodies”, Lock said. “Given the size and temperature of the event, one possible set of circumstances is that the colliding bodies were Neptune-sized ice giants”.
After the team realized what the sky surveys had accidentally observed, they followed up the detection with observations from JWST. But the JWST infrared images and spectra of this system have been challenging to interpret, Lock explained, in part because the signal they are searching for is so faint in comparison to the whole system, especially the star.
The observations capture the star, a postcollision body, and potentially a dust cloud, said Richelle van Capelleveen, a doctoral candidate studying planetary science at Universiteit Leiden and a study coauthor. “It’s been quite a challenge to properly subtract the star off of the combined spectrum,” she said.
Astronomers have encountered this challenge before, for example, with direct observations of exoplanets, but in this case, the signal was even fainter than expected. The team thinks the reason is that the postimpact body cooled faster than models predicted.
What’s more, some parts of the spectrum returned by JWST are more intense in the November data than in the February readings, whereas others are less intense, Lock said. This behavior doesn’t match what astronomers would expect from rapidly cooling postcollision material. Though there are more calculations still to be run, the initial results indicate to Lock that there is something happening in this system that doesn’t fit with our current understanding.
“It really is that we’re at a point of not knowing, and that’s quite exciting as a scientific point, but it’s also kind of terrifying,” Lock said. He added that he is hoping that with input from more experts they can decode what could cause the unexpected readings. The team will receive more Webb data in June.
The researchers presented their findings on 9 December at AGU’s Annual Meeting 2024 in** Washington, D.C.**
A Not So Unique Event? #
The uniqueness of this observation is a weakness, said Jack Lissauer, a planetary scientist at NASA’s Ames Research Center who was not involved in the study. Statistically, researchers can’t learn much from a single observation, he said. “Part of the problem with one [event] is when you are looking for a lot of things, you’re going to find some unusual things,” Lissauer said.
Right now it’s difficult to assess whether events like these are happening frequently, but from a theoretical standpoint, this type of event is expected, said stellar astrophysicist Carl Melis from the University of California, San Diego. Melis was not involved in the original paper but is now helping with further exploration.
The search for historical examples of this type of collision could help solidify the implications of these findings, said Matthew Kenworthy, an astronomy professor also at Universiteit Leiden who has been involved in this finding from the beginning.
“There’s plenty of evidence that violent interactions happen,” Kenworthy said. “To see one of these things actually caught in the act is pretty spectacular, and currently, it’s only one of them, but we discovered it by a very, very wonderful accident. Now we know what to look for. In fact, our suspicions are quite strong that this isn’t the only thing out there.”
—Marta Hill (@martajhill), Science Writer
Citation: Hill, M. (2024), Telescopes catch the aftermath of an energetic planetary collision, Eos, 105, https://doi.org/10.1029/2024EO240581. Published on 20 December 2024. Text © 2024. The authors. CC BY-NC-ND 3.0 Except where otherwise noted, images are subject to copyright. Any reuse without express permission from the copyright owner is prohibited.
