Los científicos han estado trabajando en modelos de formación de planetas desde antes de que supiéramos que existían exoplanetas. Estos modelos se basaron originalmente en las propiedades de los planetas de nuestro sistema solar y han demostrado ser muy buenos para dar cuenta de exoplanetas que no tienen análogos en nuestro sistema solar, como las súper Tierras y los calientes Neptuno. Si a esto le sumamos la capacidad de los planetas para moverse debido a interacciones gravitacionales, se pueden tener en cuenta las propiedades de los exoplanetas en términos generales.
Hoy, un gran equipo de investigación internacional anuncia que ha descubierto algo que nuestros modelos no pueden explicar. Tiene aproximadamente el tamaño de Neptuno, pero unas cuatro veces más grande. Su densidad -mucho mayor que 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 plausible.
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El estudio del nuevo planeta comenzó, como muchos lo hacen ahora: fue identificado como una región de interés por el Transiting Exoplanet Survey Satellite (TOI, también conocido como TESS). TOI-1853 es una estrella ligeramente más pequeña que nuestro Sol, aproximadamente 0,8 veces su masa. Había señales claras 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 este tiempo para determinar la distancia de rotación del planeta. Una combinación de esta distancia, el tamaño de la estrella y la cantidad de luz que bloquea el planeta se puede utilizar para estimar el tamaño del planeta. Esto 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 «desierto caliente de Neptuno», donde intensas estrellas irradian desde la atmósfera del planeta. Neptuno alcanza un estado de desierto cálido y finalmente se despoja de sus núcleos rocosos y se convierte en una súper Tierra.
Entonces, ¿qué estaba haciendo TOI-1853 en el desierto de Ba? 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 durante su órbita. La aceleración del movimiento de la estrella debido a esta resistencia se puede utilizar para estimar la masa del planeta.
Resulta que TOI-1853 tiene b muy 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 el descubrimiento dedican una parte importante del texto a describir lo extraño que es TOI-1853 b. Similares en densidad, pero generalmente mucho más pequeños, son los planetas que son súper Tierras formadas al despojar a un planeta similar a Neptuno de su atmósfera. Hay planetas de masa similar, pero aproximadamente el doble de masivos, que probablemente tendrían atmósferas y/u océanos vastos. «Ocupa una región del grupo de los trópicos [distance] Los investigadores concluyeron que «la zona planetaria caliente, hasta ahora libre de cuerpos, corresponde a la parte más seca del cálido desierto de Neptuno».
La rareza no termina ahí. Hay dos grupos que tienen sentido debido a las densidades involucradas aquí. La primera es que el planeta está formado casi en su totalidad por material rocoso como la Tierra, y tiene una atmósfera muy delgada que no constituye más del uno por ciento de su masa. La alternativa es que la masa se distribuya uniformemente entre el núcleo rocoso y una amplia capa de agua.
Por supuesto, no será agua tal como la conocemos. Debido a su proximidad a la estrella anfitriona y a la enorme presión del vasto océano, al menos parte del 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 en el 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 del disco de formación de planetas se acumularán antes de que TOI-1853 b alcance su masa actual, donde incluso un planeta 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 planetas menores se formó hacia afuera y luego desestabilizó sus órbitas a medida que el disco se evaporaba gradualmente. Quizás esto provocó colisiones que destrozaron muchos planetas y sus restos formaron un solo cuerpo. Pero estos procesos normalmente no dan como resultado la creación de un solo cuerpo, y probablemente se necesitarían muchos planetas para producir el equivalente de material del 73 planeta.
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 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 permitiría al planeta similar a Júpiter casi duplicar 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 harán que su órbita sea más regular con el tiempo.
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 estas cosas podrían estar sucediendo en alguna parte, pero no parece razonable esperar que nos demos cuenta de las consecuencias tan rápidamente.
Lo único que puede ayudarnos a comprender el origen de TOI-1853 b es la presencia de otros planetas en el sistema, lo que puede ayudarnos a comprender lo que está sucediendo en las partes internas de este sistema exterior. TOI-1853 b es tan grande y está tan cerca que emite una señal enorme, y nos habría resultado difícil detectar cualquier otro planeta en este sistema. Los investigadores estimaron que una masa equivalente a 10 Tierras podría orbitar la estrella, pero no llegamos a eso. La retroalimentación continua puede ser la clave para comprender un sistema.
Naturaleza, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (sobre identificadores digitales).
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