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 demostrado ser notablemente buenos a la hora de contabilizar exoplanetas que no tienen equivalente en nuestro sistema solar, como las súper Tierras y los Neptunos calientes. 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 unas cuatro veces más grande. Su densidad -muy superior a la del hierro- corresponde a 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 satélite Transiting Exoplanet Survey (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 indicios claros de un planeta cercano, 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 que orbitaba el planeta. Basándose en una combinación de esa distancia, el tamaño de la estrella y la cantidad de luz que bloquea el planeta, es posible estimar el tamaño del planeta. Resulta que es aproximadamente 3,5 veces el radio de la Tierra, lo que significa que es sólo 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 el llamado «desierto caliente de Neptuno», desde donde la intensa radiación de la estrella sale de la atmósfera del planeta. Los Neptunos que alcanzan el estado de desierto caliente acaban despojándolos de su núcleo rocoso, convirtiéndolos en supertierras.
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 provocada por esta nube se puede utilizar para estimar la masa del planeta.
Resulta que TOI-1853 b tiene mucho de la cuadra. Su masa se estima en 73 veces la de la Tierra, o más de cuatro veces la de Neptuno. Esto obviamente significa que su composición debe ser muy diferente a la de Neptuno.
¿Crujiente por dentro y por fuera?
Los investigadores involucrados en su descubrimiento dedican bastante texto a describir lo extraño que hace TOI-1853 b. Hay planetas con densidades similares, pero generalmente mucho más pequeñas, que son súper Tierras formadas al despojar de su atmósfera a un planeta similar a Neptuno. Hay planetas con masas similares, pero aproximadamente el doble de masivas, que probablemente tendrían atmósferas y/u océanos extensos. «Ocupa una región del cúmulo orbital [distance] Los investigadores concluyeron que «el área de planetas calientes que antes estaba desprovista de cuerpos corresponde a la región más seca del cálido desierto de Neptuno».
Las rarezas no terminan ahí. Dos combinaciones tienen sentido dadas las densidades en juego aquí. Una es que el planeta está hecho casi en su totalidad de 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. Debido a su proximidad a su estrella anfitriona y a las enormes presiones de este 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 igualmente extrañas dentro del corazón. Como señalan los investigadores, «las propiedades de la materia a presiones centrales tan altas siguen siendo inciertas».
No sólo nos cuesta entender su presente, sino que también estamos perdidos en lo que respecta a su pasado. Las pequeñas partículas de polvo del disco de formación de planetas dejarán de acumularse antes de que TOI-1853 b alcance su masa actual, ya que incluso un planeta más pequeño podría alterar el disco. Es poco probable que se hubiera formado en su ubicación actual, dado que los sólidos tienen dificultades para condensarse allí.
Dos posibilidades, poco probables
Los investigadores sugieren dos posibilidades. Una es que un grupo de planetas menores se formó más lejos y luego desestabilizó sus órbitas a medida que el disco se evaporaba gradualmente. Esto podría haber provocado colisiones que destrozaron muchos planetas, que luego vieron cómo sus escombros formaban un solo cuerpo. Pero estos procesos tienden a no formar cuerpos individuales, y probablemente se necesitarían muchos planetas para transportar el equivalente a 73 Tierras de material.
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 permitiría 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 posible que estas cosas estén sucediendo en alguna parte, pero no parece razonable esperar que encontremos sus consecuencias tan rápidamente.
Lo único 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 qué estaba pasando 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 Tierras también podría estar orbitando cerca de la estrella, y eso se nos había escapado. La retroalimentación continua puede ser la clave para comprender el sistema.
Naturaleza, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (sobre identificadores digitales).
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