Un gigant care nu este gazos, cu o masă de 73 de ori mai mare decât masa Pământului, îi derute pe descoperitorii săi – Ars Technica

Oamenii de știință au lucrat la modele de formare a planetelor încă de înainte să știm că există exoplanete. Aceste modele au fost ghidate inițial de proprietățile planetelor din sistemul nostru solar și s-au dovedit a fi remarcabil de bune în contabilizarea exoplanetelor care nu au echivalent în sistemul nostru solar, cum ar fi super-Pământurile și Neptunurile fierbinți. Adăugați la aceasta capacitatea planetelor de a se mișca datorită interacțiunilor gravitaționale, iar proprietățile exoplanetelor pot fi de obicei luate în considerare.

Astăzi, o mare echipă internațională de cercetători anunță descoperirea a ceva ce modelele noastre nu pot explica. Este cam de dimensiunea lui Neptun, dar este de aproximativ patru ori mai mare. Densitatea sa – mult mai mare decât cea a fierului – corespunde că întreaga planetă este aproape în întregime solidă sau are un ocean suficient de adânc pentru a scufunda planete întregi. În timp ce oamenii care l-au descoperit oferă două teorii pentru formarea sa, niciuna nu este deosebit de probabilă.

ciudat ciudat

Studiul noii planete a început la fel ca mulți acum: a fost identificat ca obiect de interes de satelitul Transiting Exoplanet Survey (TOI, pentru TESS Object of Interest). TOI-1853 este o stea ceva mai mică decât Soarele nostru, cu o masă de aproximativ 0,8 ori. Au existat indicii clare ale unei planete din apropiere, numită acum TOI-1853 b. Planeta orbitează aproape de steaua gazdă, completând o orbită completă în 1,24 zile.

Cercetătorii au folosit acel timp pentru a determina distanța pe care orbitează planeta. Pe baza unei combinații a acelei distanțe, a dimensiunii stelei și a cantității de lumină pe care o blochează planeta, este posibil să se estimeze dimensiunea planetei. Se pare că aceasta este de aproximativ 3,5 ori mai mare decât raza Pământului, ceea ce înseamnă că este doar puțin mai mică decât Neptun.

Acest lucru în sine nu este neobișnuit. Au fost descoperite multe planete de mărimea lui Neptun. Dar combinația dintre dimensiune și apropierea de stea este neașteptată. Acesta îl plasează în așa-numitul „deșert fierbinte al Neptunului”, unde radiațiile intense de la stele răsare din atmosfera planetei. Neptunii care ajung în starea fierbinte de deșert ajung să-i dezbrace de miezul lor stâncos, făcându-i super-Pământuri.

Deci, ce făcea TOI-1853 b în deșert? Pentru a afla, cercetătorii au folosit observatoare de la sol pentru a urmări mișcarea stelei gazdă, pe măsură ce atracția gravitațională a lui TOI-1853 b s-a schimbat pe măsură ce se deplasa pe orbita sa. Accelerația mișcării stelei cauzată de acest nor poate fi folosită pentru a estima masa planetei.

Se pare că TOI-1853 b are mult de la bloc. Masa sa este estimată la 73 de ori mai mare decât cea a Pământului, sau mai mult de patru ori mai mare decât cea a lui Neptun. Acest lucru înseamnă evident că compoziția sa trebuie să fie foarte diferită de cea a lui Neptun.

Crocant pe dinăuntru și pe dinafară?

Cercetătorii implicați în descoperirea sa petrec un pic de text descriind cât de ciudat face TOI-1853 b. Există planete cu densități similare, dar de obicei mult mai mici, care sunt super-Pământuri formate prin scoaterea din atmosferă a unei planete asemănătoare Neptunului. Există planete cu mase similare, dar aproximativ de două ori mai masive, care ar avea probabil atmosfere și/sau oceane extinse. „Ocupă o regiune a clusterului orbital [distance] Cercetătorii au concluzionat că „zona planetelor fierbinți care anterior era lipsită de corpuri corespunde regiunii mai uscate a deșertului fierbinte Neptun”.

Ciudățeniile nu se termină aici. Două combinații au sens, având în vedere densitățile în joc aici. Una este că planeta este făcută aproape în întregime din material stâncos precum Pământul, cu o atmosferă foarte subțire reprezentând cel mult un procent din masa sa. Alternativa este ca masa să fie distribuită uniform între miezul stâncos și un strat enorm de apă.

Desigur, aceasta nu va fi apă așa cum o știm noi. Datorită apropierii sale de steaua gazdă și a presiunilor enorme din acest ocean mare, cel puțin o parte din acea apă ar fi într-o stare supercritică, iar presiunea din apropierea miezului stâncos ar forța apa să formeze solide de înaltă presiune. Lucrurile vor fi la fel de ciudate în interiorul inimii. După cum notează cercetătorii, „proprietățile materiei la presiuni centrale atât de mari rămân incerte”.

Nu numai că ne luptăm să-i înțelegem prezentul, ci suntem și o pierdere când vine vorba de trecutul său. Particulele mici de praf de pe discul care formează planeta vor înceta să se acumuleze înainte ca TOI-1853 b să atingă masa sa actuală, deoarece chiar și o planetă mai mică ar putea perturba discul. Este puțin probabil să se fi format în locația sa actuală, având în vedere că solidele au dificultăți să se condenseze acolo.

Două posibilități, puțin probabile

Cercetătorii sugerează două posibilități. Una este că un grup de planete minore s-au format mai departe și apoi și-au destabilizat orbitele pe măsură ce discul s-a evaporat treptat. Acest lucru ar fi putut duce la ciocniri care au spulberat multe planete, care apoi au văzut resturile lor formând un singur corp. Dar aceste procese tind să nu formeze corpuri unice și, probabil, ar fi nevoie de multe planete pentru a transporta echivalentul a 73 de material în valoare de Pământ.

Alternativa este că mai mulți giganți gazosi s-au format mult mai departe și apoi și-au destabilizat reciproc orbitele, lăsând unul extrem de excentric, cu o parte a orbitei extrem de aproape de steaua gazdă. Acest lucru i-ar permite să colecteze material din părțile interioare ale discului de formare a planetei, un proces care ar putea permite unei planete asemănătoare lui Jupiter să-și dubleze masa aproape. Orbita sa maximă i-ar permite, de asemenea, să-și transfere atmosfera către stea. După ce aceste procese sunt finalizate, interacțiunile mareelor ​​dintre planetă și stea vor face în cele din urmă orbita sa mai regulată.

Nu este nimic imposibil din punct de vedere fizic în niciunul dintre aceste mecanisme posibile de formare, dar ambele necesită o serie de evenimente neașteptate. Universul este mare și este posibil ca aceste lucruri să se întâmple undeva, dar pare nerezonabil să ne așteptăm că le vom găsi consecințele atât de repede.

Singurul lucru care ne-ar putea ajuta să înțelegem originea TOI-1853 b este prezența altor planete în sistem, care ne-ar putea ajuta să înțelegem ce se întâmplă în părțile interioare ale acestui sistem exterior. TOI-1853 b este atât de mare și atât de aproape încât emite un semnal masiv și am fi avut probleme la detectarea oricăror alte planete din acest sistem. Cercetătorii estimează că ceva la fel de masiv ca 10 Pământuri ar putea orbita și în apropierea stelei și am ratat asta. Feedback-ul continuu poate fi cheia înțelegerii sistemului.

Natura, 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-06499-2 (despre identificatorii digitali).