Uma estrela envelhecida carrega uma assinatura química que ainda não deveria ter: uma forte linha de lítio, um elemento que estrelas desse tipo queimam à medida que envelhecem. Uma equipe de astrônomos argumenta que a razão mais provável é dramática. A estrela, chamada TOI-5882, pode ter engolido um dos seus próprios planetas, e o lítio foi o que a refeição deixou para trás. A alegação, relatada em um estudo em O Jornal Astrofísicotem o cuidado de chamar o engolfamento de candidato e não de facto estabelecido, e as razões para essa cautela são tão interessantes como a manchete.
TOI-5882 está próximo do Sol em temperatura, cerca de 5.700 Kelvin, embora cerca de um terço mais massivo, e começou a evoluir da sequência principal para uma subgigante inicial. Esse estágio evolutivo é o ponto principal. É a janela na qual um planeta engolido deveria deixar uma marca de lítio que não é queimada nem diluída além da detecção.
Uma estrela que guardou muito lítio
O lítio é frágil. Ele sobrevive nas camadas externas frias de uma estrela jovem, razão pela qual uma forte linha de lítio é normalmente um sinal de juventude. À medida que uma estrela envelhece e o seu invólucro convectivo exterior se aprofunda, esse invólucro arrasta o material da superfície para camadas suficientemente quentes para destruir o lítio, e o elemento desaparece continuamente. Uma estrela antiga com muito lítio é um quebra-cabeça que exige explicação.
Para medir o quão anômalo TOI-5882 realmente é, a equipe baseou-se em espectros de arquivo do Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph, no Arizona, e depois pesou o lítio da estrela contra um grupo de controle de 61 subgigantes retirado da pesquisa estelar GALAH e combinado com TOI-5882 em temperatura, gravidade, conteúdo de metal e cor. Contra essa multidão cuidadosamente combinada, o TOI-5882 está no percentil 98,4 tanto na força de sua linha de lítio quanto em sua abundância inferida de lítio. Apenas um punhado de estrelas semelhantes carregam tanto.
A equipe foi deliberada sobre quem contava como uma comparação justa. Estrelas jovens que nunca perderam o lítio de nascimento contaminariam a amostra, por isso examinaram as estrelas de controlo em busca de sinais de juventude e removeram uma que acabou por pertencer a um grupo estelar com apenas cerca de 400 milhões de anos de idade. O que resta é uma população de estrelas genuinamente evoluídas, e TOI-5882 se destaca até mesmo entre elas.
O momento é importante porque uma subgigante inicial fica em um ponto ideal estreito. A sua camada convectiva exterior cresceu suficientemente fundo para engolir e dissolver um planeta que se aproxima, mas a parte inferior dessa camada ainda está suficientemente fria para que qualquer lítio entregue sobreviva em vez de queimar. Chegue a esse estágio muito cedo e não haverá envelope para captar o sinal; alcançá-lo tarde demais e o lítio será destruído ou diluído. Em todos os outros aspectos, TOI-5882 é uma estrela comum, com cerca de 4 mil milhões de anos, mais rica em metais do que o Sol, um membro estável do disco fino da galáxia, o que torna o seu excesso de lítio mais difícil de ser eliminado como uma peculiaridade de um objecto invulgar.
Poderia um planeta engolido explicar isso
Se o lítio não foi herdado e não foi produzido dentro da estrela, a forma mais direta de adicioná-lo é de fora. Um planeta é um candidato natural. Os planetas prendem o lítio na sua rocha e metal, e quando uma estrela engole um deles, esse material dissolve-se no invólucro exterior da estrela e levanta brevemente o lítio da sua superfície antes que a lenta mistura da estrela enterre o sinal novamente.
A equipe modelou quanto material planetário seria necessário para produzir o excesso que mediram. Sob suposições realistas sobre a composição de um planeta, a resposta é aproximadamente 9 a 95 vezes a massa da Terra, o que significa um corpo em algum lugar entre uma super-Terra e Netuno. Isso é uma ordem de magnitude menor do que a massa que você precisaria se presumisse que o objeto engolido tivesse a composição pobre em lítio do próprio Sol, um valor confortavelmente do tamanho de um planeta.
Existe até um culpado plausível para o empurrão. TOI-5882 ainda abriga uma companheira sobrevivente, uma anã marrom com cerca de 22 vezes a massa de Júpiter em uma órbita estreita de 7 dias. Essa companheira é em si uma raridade, uma das cerca de 40 anãs marrons conhecidas que transitam a sua estrela em órbitas inferiores a 10 dias e uma das quatro encontradas orbitando uma subgigante evoluída. Uma companheira pesada numa órbita próxima pode agitar gravitacionalmente um sistema planetário interior durante longos períodos de tempo, empurrando um planeta mais pequeno para um caminho de pastagem estelar que termina na estrela. A gravidade da anã marrom só teve que perturbar a órbita de um mundo menor ao longo de bilhões de anos.
Outras maneiras de tornar uma estrela rica em lítio
É aqui que entra a cautela, e o jornal despende um esforço real nisso. Uma linha alta de lítio por si só não prova que um planeta foi comido, então a equipe trabalhou em outras maneiras pelas quais uma subgigante poderia acabar rica em lítio e defendeu cada uma delas em favor desta estrela em particular.
A juventude herdada está fora de questão, porque o TOI-5882 não mostra nenhum dos sinais habituais da juventude, nenhum excesso de infravermelho, nenhuma emissão reveladora, nenhum giro rápido. A fabricação interna está fora de questão, porque o processo que pode reconstruir o lítio dentro de uma estrela evoluída só é iniciado mais tarde, quando a estrela está bem acima do ramo da gigante vermelha, e o TOI-5882 ainda não atingiu esse estágio. Fontes externas exóticas, como detritos de novas ou bombardeios de raios cósmicos, estão excluídas, porque deixariam outras impressões digitais químicas que a estrela não mostra. Por eliminação, um planeta engolido permanece como a explicação mais direta.
Eliminação não é o mesmo que fotografia, e os autores sabem disso. A sua comparação baseia-se na junção de medições de diferentes instrumentos e condutas, que podem transportar pequenas compensações sistemáticas, e observam que um viés teria de ser grande e apontado diretamente para o lítio para anular o resultado. A abundância inferida também depende mais do modelo do que a força bruta da linha, razão pela qual eles relatam ambos. E nenhum planeta engolido foi visto; sua existência é lida inteiramente a partir de uma pista química na luz da estrela sobrevivente.
Como encerrar o caso
TOI-5882 é um forte candidato, não um caso encerrado, e o estudo enquadra-o dessa forma propositalmente, como um teste de uma previsão específica sobre onde na vida de uma estrela uma cicatriz de engolfamento deveria ser visível. Passou nesse teste. A confirmação da história exigirá mais, muito provavelmente uma caça aos outros elementos químicos que um planeta rochoso teria carregado juntamente com o seu lítio, para que o sinal possa ser comparado com uma receita mais completa.
Esses elementos mais pesados são a próxima coisa a procurar. Até que apareçam, a evidência de que um planeta encontrou o seu fim aqui reside numa única linha brilhante de lítio, brilhando no espectro de uma estrela que deveria tê-lo destruído há muito tempo.
