Un gigante no gaseoso con una masa 73 veces mayor que la de la Tierra desconcierta a sus descubridores – Ars Technica

Los científicos han estado trabajando en modelos de formación de planetas desde antes de que supiéramos que existían exoplanetas. Estos modelos se guiaron originalmente por las propiedades de los planetas de nuestro sistema solar y han resultado ser notablemente buenos a la hora de contabilizar exoplanetas que no tienen equivalente en nuestro sistema solar, como las súper Tierras y los calientes Neptuno. Si a esto le sumamos la capacidad de los planetas para moverse gracias a las interacciones gravitacionales, normalmente se pueden tener en cuenta las propiedades de los exoplanetas.

Hoy, un gran equipo internacional de investigadores anuncia el descubrimiento de algo que nuestros modelos no pueden explicar. Tiene aproximadamente el tamaño de Neptuno, pero cuatro veces más grande. Su densidad -mucho mayor que la del hierro- es consistente con que todo el planeta sea casi en su totalidad sólido o tenga un océano lo suficientemente profundo como para sumergir planetas enteros. Si bien las personas que lo descubrieron ofrecen dos teorías sobre su formación, ninguna es particularmente probable.

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El estudio del nuevo planeta comenzó como muchos lo hacen ahora: fue identificado como objeto de interés por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TOI, por TESS Object of Interest). TOI-1853 es una estrella algo más pequeña que nuestro Sol, con una masa de unas 0,8 veces. Había señales claras de la existencia de un planeta cercano a la estrella, ahora llamado TOI-1853 b. El planeta orbita cerca de su estrella anfitriona y completa una órbita completa en 1,24 días.

Los investigadores utilizaron ese tiempo para determinar la distancia a la que gira el planeta. Basándose en una combinación de esa distancia, el tamaño de la estrella y la cantidad de luz bloqueada por el planeta, es posible estimar el tamaño del planeta. Resulta ser aproximadamente 3,5 veces el radio de la Tierra, lo que significa que es un poco más pequeño que Neptuno.

Esto en sí mismo no es inusual. Se han descubierto muchos planetas del tamaño de Neptuno. Pero la combinación de tamaño y proximidad a la estrella es inesperada. Lo sitúa en lo que se llama el “desierto caliente de Neptuno”, donde la intensa radiación de la estrella emana de la atmósfera del planeta. Los Neptunos que alcanzan el estado de desierto cálido terminan despojados de su núcleo rocoso, convirtiéndolos en una súper Tierra.

Entonces, ¿qué hacía TOI-1853 b en el desierto? Para averiguarlo, los investigadores utilizaron observatorios terrestres para rastrear el movimiento de su estrella anfitriona a medida que la atracción gravitacional de TOI-1853 b cambiaba a medida que avanzaba a través de su órbita. La aceleración del movimiento de la estrella debido a este arrastre se puede utilizar para estimar la masa del planeta.

Resulta que TOI-1853 b tiene mucho De la masa. Su masa se estima en 73 veces la masa de la Tierra, o más de cuatro veces la masa de Neptuno. Evidentemente, esto significa que su composición debe ser completamente diferente a la de Neptuno.

¿Crujiente por dentro y por fuera?

Los investigadores involucrados en su descubrimiento dedican una buena parte del texto a describir lo extraño que es TOI-1853 b. Hay planetas con densidades similares, pero generalmente mucho más pequeñas, que son súper Tierras formadas al despojar a un planeta similar a Neptuno de su atmósfera. Hay planetas con masas similares, pero aproximadamente el doble de grandes y probablemente tengan atmósferas y/u océanos extensos. “Ocupa una región del cúmulo orbital [distance] Los investigadores concluyeron que “el área de los planetas calientes que antes estaba desprovista de objetos corresponde a la región más seca del desierto caliente de Neptuno”.

Las rarezas no terminan ahí. Hay dos combinaciones que tienen sentido dadas las densidades en juego aquí. Una es que el planeta está formado casi en su totalidad por material rocoso como la Tierra, con una atmósfera muy delgada que representa como máximo el uno por ciento de su masa. La alternativa es que la masa se distribuya uniformemente entre el núcleo rocoso y una enorme capa de agua.

Por supuesto, esto no será agua tal como la conocemos. Dada su proximidad a su estrella anfitriona y las enormes presiones de ese gran océano, al menos parte de esa agua estaría en un estado supercrítico, y la presión cerca del núcleo rocoso obligaría al agua a formar sólidos a alta presión. Las cosas serán igual de extrañas dentro del corazón. Como señalan los investigadores, “las propiedades del material a presiones centrales tan altas siguen siendo inciertas”.

No sólo nos cuesta entender su presente, sino que estamos perdidos en lo que respecta a su pasado. Pequeñas partículas de polvo dejarían de acumularse en el disco de formación de planetas antes de que TOI-1853 b alcanzara su masa actual, ya que incluso un planeta más pequeño podría alterar el disco. Es poco probable que se haya formado en su ubicación actual, ya que los sólidos tienen dificultades para condensarse allí.

Dos posibilidades, poco probables

Los investigadores sugieren dos posibilidades. Una es que un grupo de planetesimales se formó más lejos y luego sus órbitas se desestabilizaron a medida que el disco se evaporaba gradualmente. Esto podría haber dado lugar a colisiones que destrozaron varios planetas, cuyos restos formaron un solo cuerpo. Pero estos procesos tienden a no formar objetos únicos, y probablemente se necesitarían muchos planetas para transportar el 73% del equivalente de material de la Tierra.

La alternativa es que varios gigantes gaseosos se formaron mucho más lejos y luego desestabilizaron las órbitas de los demás, dejando uno muy excéntrico, con una parte de la órbita extremadamente cerca de la estrella anfitriona. Esto le permitiría recolectar material de las partes internas del disco de formación de planetas, un proceso que podría permitir que un planeta similar a Júpiter casi duplique su masa. Su órbita máxima también le permitirá transferir su atmósfera a la estrella. Una vez que se completen estos procesos, las interacciones de marea entre el planeta y la estrella eventualmente harán que su órbita sea más regular.

No hay nada físicamente imposible en ninguno de estos posibles mecanismos de formación, pero ambos requieren una serie de eventos inesperados. El universo es grande y es probable que estas cosas sucedan en algún lugar, pero no parece razonable esperar que encontremos sus resultados tan rápidamente.

Una cosa que podría ayudarnos a comprender el origen de TOI-1853 b es la presencia de otros planetas en el sistema, lo que podría ayudarnos a comprender lo que estaba sucediendo en las partes internas de este sistema exterior. TOI-1853 b es tan grande y está tan cerca que emite una señal masiva, y habríamos tenido problemas para detectar otros planetas en este sistema. Los investigadores estiman que algo tan masivo como 10 terrestres también podría estar orbitando cerca de la estrella, y eso lo habríamos pasado por alto. La retroalimentación continua puede ser la clave para comprender el sistema.

Naturaleza, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (Acerca de las identificaciones digitales).