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.
esquisito esquisito
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.
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.
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.
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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