Não podemos compreender a natureza sem entender sua diversidade. Isso é evidente na ciência dos exoplanetas e em nossas teorias sobre a formação planetária. As exceções e peculiaridades da natureza desafiam nossos modelos e incentivam os cientistas a investigar mais profundamente.
Gliese 367 b (ou Tahay) é certamente uma peculiaridade. É um planeta de Período Ultracurto (USP) que orbita sua estrela em apenas 7,7 horas. Existem quase 200 outros planetas USP em nosso catálogo de mais de 5.000 exoplanetas, então Gliese 367 b não é único nesse aspecto. No entanto, é uma exceção de outra forma: é também um planeta ultra-denso, quase duas vezes mais denso que a Terra. Isso indica que deve ser quase inteiramente composto por ferro.
Astrônomos descobriram Tahay nos dados do TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de 2021. Mas uma nova pesquisa no The Astrophysical Journal Letters está refinando a massa e o raio deste exoplaneta com medições aprimoradas. A pesquisa também identificou dois planetas irmãos. O estudo é intitulado “Companhia para a Ultra-alta Densidade, Sub-Terra de Período Ultracurto GJ 367 b: Descoberta de Dois Planetas de Baixa Massa a 11,5 e 34 Dias”. A autora principal é Elisa Goffo, doutoranda no Departamento de Física da Universidade de Turim.
O TESS identificou Gliese 367 b em 2021 ao detectar um sinal de trânsito extremamente fraco da estrela anã vermelha chamada Gliese 367. O sinal estava no limite da capacidade de detecção do TESS, indicando que era um planeta pequeno, semelhante à Terra.
Como parte do esforço de 2021, os pesquisadores utilizaram o espectrógrafo HARPS (High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) no Observatório Europeu do Sul para determinar a massa e densidade de G 367 b. Concluíram que o raio do planeta é 72% do da Terra e sua massa é 55% da terrestre. Isso sugere que provavelmente era um planeta de ferro, o núcleo remanescente de um planeta anteriormente muito maior.
Avançando para pesquisas mais recentes de Goffo e seus colegas, eles também utilizaram o HARPS para medir o pequeno planeta. Desta vez, usaram 371 observações do HARPS de G 367 b. Os resultados mostram que o planeta é ainda mais denso do que o estudo de 2021 havia encontrado. Em vez de 55% da massa da Terra, a nova pesquisa revela que o planeta tem 63% da massa terrestre. Seu raio também diminuiu de 72% para 70% do raio terrestre.
Isso significa que G 367 b é duas vezes mais denso que a Terra. Como o planeta chegou a esse estado? É improvável que tenha se formado como é agora. Em vez disso, provavelmente é o núcleo de um planeta que teve seu manto rochoso removido.
“Você poderia comparar GJ 367 b a um planeta semelhante à Terra que teve seu manto rochoso removido”, disse a autora principal, Goffo. “Isso pode ter implicações importantes para a formação de GJ 367 b. Acreditamos que o planeta possa ter se formado como a Terra, com um núcleo denso composto principalmente por ferro, cercado por um manto rico em silicato.”
Algo extraordinário deve ter acontecido para que o pequeno planeta perdesse seu manto. “Um evento catastrófico pode ter removido seu manto rochoso, deixando o núcleo denso do planeta exposto”, explicou Goffo. Colisões com outros protoplanetas em formação no início de sua existência poderiam ter removido a camada externa do planeta.
Outra possibilidade, segundo Goffo, é que o pequeno USP tenha se formado em uma região do disco protoplanetário excepcionalmente rica em ferro. Mas isso parece improvável.
Uma terceira possibilidade foi considerada quando os astrônomos descobriram G 367 b em 2021. Poderia ser o remanescente de um gigante gasoso enorme como Netuno. Para que isso fosse verdade, o planeta teria se formado mais distante da estrela e depois migrado para mais perto. Está tão próximo de sua estrela agora que a intensa irradiação da anã vermelha teria evaporado sua atmosfera.
G 367 b pertence a uma classe muito pequena de exoplanetas chamados super-Mercúrios. Sua composição é a mesma de Mercúrio, mas são maiores e mais densos. (Embora sejam raros, existe um sistema com dois deles.) Mercúrio pode ter sofrido o mesmo destino que G 367 b pode ter sofrido. Pode ter tido mais manto e crosta em algum momento, mas impactos os removeram.
Mas mesmo entre os super-Mercúrios, G 367 b se destaca. É o USP mais denso que conhecemos. “Graças às nossas estimativas precisas de massa e raio, exploramos a possível composição interna e estrutura de GJ 367 b e descobrimos que é esperado ter um núcleo de ferro com uma fração de massa de 0,91”, afirma o novo estudo.
Então, o que aconteceu neste sistema? Como G 367 b chegou a esse estado e tão perto de sua estrela?
Os pesquisadores também encontraram mais dois planetas neste sistema: G 367 c e d. Os astrônomos acreditam que os planetas USP quase sempre são encontrados em sistemas com vários planetas, então essa nova pesquisa reforça essa ideia. O TESS não conseguiu detectar esses planetas porque eles não transitam sua estrela. A equipe os encontrou em suas observações do HARPS, e sua presença limita os possíveis cenários de formação.
“Graças às nossas observações intensivas com o espectrógrafo HARPS, descobrimos a presença de dois planetas adicionais de baixa massa com períodos orbitais de 11,5 e 34 dias, o que reduz o número de cenários possíveis que poderiam ter levado à formação de um planeta tão denso”, disse o co-autor Davide Gandolfi, Professor na Universidade de Turim.
Os planetas companheiros também orbitam perto da estrela, mas têm massas menores. Isso questiona a ideia de que qualquer um deles tenha se formado em um ambiente rico em ferro, mas não a elimina. “Embora GJ 367 b possa ter se formado em um ambiente rico em ferro, não excluímos um cenário de formação envolvendo eventos violentos como colisões entre gigantes planetários”, disse Gandolfi em um comunicado à imprensa.
Na conclusão de seu artigo, a equipe aprofunda-se em possíveis cenários de formação.
No cenário de formação, o disco protoplanetário ao redor de Gliese 367 deve ter tido uma região enriquecida em ferro. Mas os astrônomos não sabem se esse tipo de região rica em ferro sequer existe.
“Caminhos possíveis podem incluir a formação a partir de material significativamente mais rico em ferro do que se pensava estar normalmente presente em discos protoplanetários. No entanto, não está claro se discos com um conteúdo relativo de ferro tão grande, especificamente perto da borda interna (de onde a maior parte do material poderia ser obtida), existem”, escrevem.
De fato, um estudo separado de 2020 afirmou que seu trabalho sobre a formação planetária “não consegue reproduzir os enriquecimentos extremos em Fe necessários para explicar a formação de Mercúrio”. Se os modelos de disco não podem explicar como Mercúrio rico em ferro se formou, eles não podem explicar como G 367 b se formou.
Em vez disso, é mais provável que o planeta fosse diferente quando se formou e depois assumisse sua forma atual ao longo do tempo. O despojamento por colisão é quando o material externo de um planeta é removido por uma ou mais colisões. Como o material externo é menos denso que o material interno em planetas diferenciados, colisões repetidas teriam aumentado a densidade de G 367 b ao remover material mais leve.
Mas há pelo menos um problema com isso. “Nossa medição da densidade de GJ 367 b sugere que o despojamento por colisão tem que ser notavelmente eficaz na remoção de material não ferroso do planeta se for o único processo em ação”, escrevem os autores. Notavelmente eficaz, mas não impossível.
Portanto, existem três possibilidades: o planeta se formou em um ambiente rico em ferro, o planeta era maior e perdeu suas camadas externas através de colisões, ou o planeta é o núcleo remanescente de um gigante gasoso que migrou muito perto de sua estrela e teve sua atmosfera gasosa removida.
Talvez não precisemos nos decidir por uma única explicação. “Claro, todos os processos discutidos acima poderiam ter contribuído para criar a quase pura bola de ferro, conhecida como GJ 367 b”, escrevem os autores.
Tudo o que temos agora são possibilidades. O sistema é como um quebra-cabeça, e cabe aos astrônomos resolvê-lo. Suas propriedades incomuns o tornam uma exceção, e os cientistas gostam de exceções porque os motivam a investigar mais profundamente. Se nossas teorias atuais não podem explicar essas peculiaridades, então nossas teorias precisam ser refinadas.
“Este sistema multiplanetário único, que hospeda esta sub-Terra USP de ultra-alta densidade, é um alvo extraordinário para investigar mais a fundo os cenários de formação e migração dos sistemas USP”, concluem os pesquisadores.
Fonte:
https://phys.org/news/2023-09-scientists-exoplanet-gliese-solid-ball.html
