Um gigante não gasoso com uma massa de 73 vezes a massa da Terra está a confundir os seus descobridores – Ars Technica

Os cientistas têm trabalhado em modelos de formação planetária desde antes de sabermos que existiam exoplanetas. Estes modelos foram originalmente orientados pelas propriedades dos planetas do nosso sistema solar e revelaram-se notavelmente bons na contabilização de exoplanetas que não têm equivalente no nosso sistema solar, como as super-Terras e o quente Neptuno. Adicione a isso a capacidade dos planetas de se moverem graças às interações gravitacionais, e as propriedades dos exoplanetas geralmente podem ser levadas em consideração.

Hoje, uma grande equipa internacional de investigadores anuncia a descoberta de algo que os nossos modelos não conseguem explicar. É aproximadamente do tamanho de Netuno, mas é cerca de quatro vezes maior. A sua densidade – muito superior à do ferro – é consistente com o facto de todo o planeta ser quase inteiramente sólido ou ter um oceano profundo o suficiente para submergir planetas inteiros. Embora as pessoas que o descobriram ofereçam duas teorias para a sua formação, nenhuma delas é particularmente provável.

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O estudo do novo planeta começou como muitos fazem agora: ele foi identificado como um objeto de interesse pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TOI, para TESS Object of Interest). TOI-1853 é uma estrela um pouco menor que o nosso Sol, com uma massa de cerca de 0,8 vezes. Havia sinais claros da existência de um planeta próximo à estrela, agora denominado TOI-1853 b. O planeta orbita perto de sua estrela hospedeira, completando uma órbita completa em 1,24 dias.

Os pesquisadores usaram esse tempo para determinar a distância que o planeta orbitava. Com base na combinação dessa distância, do tamanho da estrela e da quantidade de luz bloqueada pelo planeta, é possível estimar o tamanho do planeta. Acontece que isso é cerca de 3,5 vezes o raio da Terra, o que significa que é apenas um pouco menor que Netuno.

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Isto por si só não é incomum. Muitos planetas do tamanho de Netuno foram descobertos. Mas a combinação de tamanho e proximidade da estrela é inesperada. Coloca-a no que é chamado de “deserto quente de Netuno”, onde a intensa radiação da estrela irradia da atmosfera do planeta. Netuno que atinge o estado desértico quente acaba sendo despojado de seu núcleo rochoso, tornando-o uma super-Terra.

Então, o que TOI-1853 b estava fazendo no deserto? Para descobrir, os investigadores usaram observatórios terrestres para rastrear o movimento da sua estrela hospedeira à medida que a força gravitacional de TOI-1853 b mudava à medida que se movia ao longo da sua órbita. A aceleração do movimento da estrela devido a este arrasto pode ser usada para estimar a massa do planeta.

Acontece que TOI-1853 b tem bastante Da massa. Sua massa é estimada em 73 vezes a massa da Terra, ou mais de quatro vezes a massa de Netuno. Obviamente, isto significa que a sua composição deve ser completamente diferente da de Netuno.

Crocante por dentro e por fora?

Os pesquisadores envolvidos em sua descoberta passam boa parte do texto descrevendo o quão estranho é o TOI-1853 b. Existem planetas com densidades semelhantes, mas geralmente muito menores, que são super-Terras formadas pela remoção da atmosfera de um planeta semelhante a Netuno. Existem planetas com massas semelhantes, mas cerca de duas vezes maiores e com probabilidade de terem extensas atmosferas e/ou oceanos. “Ele ocupa uma região do aglomerado orbital [distance] Os pesquisadores concluíram que “a área dos planetas quentes que antes era desprovida de objetos corresponde à região mais seca do deserto quente de Netuno”.

As esquisitices não param por aí. Existem duas combinações que fazem sentido dadas as densidades em jogo aqui. Uma delas é que o planeta é composto quase inteiramente de material rochoso como a Terra, com uma atmosfera muito fina representando no máximo um por cento de sua massa. A alternativa é que a massa seja distribuída uniformemente entre o núcleo rochoso e uma enorme camada de água.

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É claro que não será a água como a conhecemos. Dada a sua proximidade com a sua estrela hospedeira e as enormes pressões daquele grande oceano, pelo menos parte dessa água estaria num estado supercrítico, e a pressão perto do núcleo rochoso forçaria a água a formar sólidos de alta pressão. As coisas serão igualmente estranhas dentro do coração. Como observam os investigadores, “as propriedades do material a pressões centrais tão elevadas permanecem incertas”.

Não apenas lutamos para compreender o seu presente, mas também ficamos perdidos quando se trata do seu passado. Pequenas partículas de poeira parariam de se acumular no disco de formação planetária antes que TOI-1853 b atingisse sua massa atual, já que mesmo um planeta menor poderia perturbar o disco. É improvável que tenha se formado em sua localização atual, uma vez que os sólidos têm dificuldade de condensar ali.

Duas possibilidades, improvável

Os pesquisadores sugerem duas possibilidades. Uma delas é que um grupo de planetesimais se formou mais longe e depois as suas órbitas tornaram-se desestabilizadas à medida que o disco evaporava gradualmente. Isso poderia ter levado a colisões que destruíram vários planetas, que então viram seus destroços formarem um único corpo. Mas estes processos tendem a não formar objetos únicos, e provavelmente seriam necessários muitos planetas para transportar 73% do material equivalente à Terra.

A alternativa é que vários gigantes gasosos se formaram muito mais longe e depois desestabilizaram as órbitas uns dos outros, deixando um deles altamente excêntrico, com uma parte da órbita extremamente próxima da estrela hospedeira. Isto permitir-lhe-ia recolher material do interior do disco de formação planetária, um processo que poderia permitir a um planeta semelhante a Júpiter quase duplicar a sua massa. Sua órbita máxima também permitiria transferir sua atmosfera para a estrela. Após a conclusão destes processos, as interações das marés entre o planeta e a estrela acabarão por tornar a sua órbita mais regular.

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Não há nada fisicamente impossível em nenhum desses possíveis mecanismos de formação, mas ambos exigem uma série de eventos inesperados. O universo é grande e é provável que estas coisas aconteçam em algum lugar, mas não parece razoável esperar que encontremos os seus resultados tão rapidamente.

Uma coisa que pode nos ajudar a entender a origem de TOI-1853 b é a presença de outros planetas no sistema, o que pode nos ajudar a entender o que estava acontecendo nas partes internas deste sistema externo. TOI-1853 b é tão grande e tão próximo que emite um sinal massivo, e teríamos dificuldade em detectar quaisquer outros planetas neste sistema. Os pesquisadores estimam que algo tão massivo quanto 10 terrestres também poderia estar orbitando perto da estrela, e teríamos perdido isso. O feedback contínuo pode ser a chave para a compreensão do sistema.

Natureza, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (Sobre IDs digitais).

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