No podemos entender la naturaleza sin comprender su alcance. Esto es evidente en la ciencia de los exoplanetas y en nuestras teorías sobre la formación planetaria. Los valores atípicos y extraños de la naturaleza ejercen presión sobre nuestros modelos y motivan a los científicos a profundizar más.
Gliese 367 b (o Tahay) es ciertamente un bicho raro. Es un planeta de Período Ultracorto (USP) que orbita su estrella en sólo 7,7 horas. Hay casi otros 200 planetas USP en nuestro catálogo de más de 5.000 exoplanetas, por lo que Gliese 367 b no es único en ese sentido. Pero es un caso atípico en otro sentido: también es un planeta ultradenso, casi dos veces más denso que la Tierra.
Eso significa que tiene que ser hierro casi puro.
Los astrónomos encontraron a Tahay en los datos de TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de 2021. Pero una nueva investigación en The Astrophysical Journal Letters está refinando la masa y el radio del extraño planeta con mediciones mejoradas. También encontró dos hermanos para el planeta. La investigación se titula “Compañía para la subtierra GJ 367 b de período ultracorto y densidad ultraalta: descubrimiento de dos planetas adicionales de baja masa a los 11,5 y 34 días”. La autora principal es Elisa Goffo, Ph.D. Estudiante del Departamento de Física de la Universidad de Turín.
TESS encontró Gliese 367 b en 2021 cuando detectó una señal de tránsito extremadamente débil de la estrella enana roja llamada Gliese 367. La señal estaba en los límites de la capacidad de detección de TESS, por lo que los astrónomos sabían que era pequeña, como la Tierra.
Como parte del esfuerzo de 2021, los investigadores utilizaron el espectrógrafo HARPS (High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) del Observatorio Europeo Austral para determinar la masa y densidad de G 367 b. Determinaron que el radio del planeta es el 72% del de la Tierra y su masa es el 55% de la de la Tierra. Eso significa que probablemente era un planeta de hierro, el núcleo sobrante de un planeta que alguna vez fue mucho más grande.
Avance rápido hasta ahora y la nueva investigación de Goffo y sus colegas.
También utilizaron HARPS para medir el pequeño planeta. Esta vez utilizaron 371 observaciones HARPS de G 367 b. Estos resultados muestran que el planeta es incluso más denso de lo que encontró el estudio de 2021. En lugar del 55% de la masa de la Tierra, esta nueva investigación revela que el planeta tiene el 63% de la masa de la Tierra. Su radio también se redujo del 72% del de la Tierra al 70% del de la Tierra.
Todo se reduce a que G 367 b es dos veces más denso que la Tierra. ¿Cómo llegó el planeta a esta situación? Es poco probable que se formara como está ahora. En cambio, es probablemente el núcleo de un planeta al que le quitaron el manto rocoso.
“Se podría comparar GJ 367 b con un planeta similar a la Tierra sin su manto rocoso”, dijo el autor principal Goffo. “Esto podría tener implicaciones importantes para la formación de GJ 367 b. Creemos que el planeta podría haberse formado como la Tierra, con un núcleo denso compuesto principalmente de hierro, rodeado por un manto rico en silicatos”.
Algo extraordinario debe haber sucedido para que el pequeño planeta perdiera su manto. “Un evento catastrófico podría haber arrancado su manto rocoso, dejando desnudo el denso núcleo del planeta”, explicó Goffo. Las colisiones entre él y otros protoplanetas aún en formación al principio de su vida podrían haber eliminado la capa exterior del planeta.
Otra posibilidad, según Goffo, es que la pequeña USP haya nacido en una región inusualmente rica en hierro de un disco protoplanetario. Pero eso parece poco probable.
Existe una tercera posibilidad, y se consideró por primera vez cuando los astrónomos descubrieron G 367 b en 2021. Podría ser el remanente de un gigante gaseoso que alguna vez fue enorme como Neptuno. Para que ese fuera el caso, el planeta se habría formado más lejos de la estrella y luego habría migrado hacia ella. Ahora está tan cerca de su estrella que la intensa irradiación de la enana roja habría destruido la atmósfera.
G 367 b pertenece a una clase muy pequeña de exoplanetas llamados supermercurios. Su composición es la misma que la de Mercurio, pero son más grandes y más densos. (Aunque son raros, hay un sistema con dos de ellos). Es posible que Mercurio haya sufrido el mismo destino que pudo haber sufrido G 367 b. Podría haber tenido más manto y corteza en algún momento, pero los impactos lo eliminaron.
Pero incluso entre los supermercurios destaca el G 367 b. Es la PVU más densa que conocemos. “Gracias a nuestras estimaciones precisas de masa y radio, exploramos la composición y estructura interna potencial de GJ 367 b y descubrimos que se espera que tenga un núcleo de hierro con una fracción de masa de 0,91”, afirma el nuevo artículo.
Entonces, ¿qué pasó en este sistema? ¿Cómo llegó G 367 b a encontrarse en este estado y tan cerca de su estrella?
Los investigadores también encontraron dos planetas más en este sistema: G 367 cy d. Los astrónomos piensan que los planetas USP casi siempre se encuentran en sistemas con múltiples planetas, por lo que esta nueva investigación refuerza esa idea. TESS no pudo detectar estos planetas porque no transitan por su estrella. El equipo los encontró en sus observaciones HARPS y su presencia limita los posibles escenarios de formación.
“Gracias a nuestras intensas observaciones con el espectrógrafo HARPS descubrimos la presencia de dos planetas adicionales de baja masa con períodos orbitales de 11,5 y 34 días, lo que reduce el número de escenarios posibles que podrían haber llevado a la formación de un planeta tan denso. ” dijo el coautor Davide Gandolfi, profesor de la Universidad de Turín.
Los planetas compañeros también orbitan cerca de la estrella pero tienen masas más bajas. Esto refuerza la idea de que alguno de ellos se formó en un ambiente rico en hierro, pero no la elimina. “Si bien GJ 367 b podría haberse formado en un ambiente rico en hierro, no excluimos un escenario de formación que implique eventos violentos como colisiones de planetas gigantes”, dijo Gandolfi en un comunicado de prensa.
En la conclusión de su artículo, el equipo profundiza un poco más en los posibles escenarios de formación.
En el escenario de formación, el disco protoplanetario alrededor de Gliese 367 debía tener una región enriquecida en hierro. Pero los astrónomos no saben si ese tipo de región rica en hierro existe.
“Las posibles vías pueden incluir la formación de material significativamente más rico en hierro de lo que se cree que está normalmente presente en los discos protoplanetarios. Aunque no está claro si los discos con un contenido relativo de hierro tan grande específicamente cerca del borde interior (donde se encuentra la mayor parte del material) podrían obtenerse) existen”, escriben.
De hecho, un estudio separado de 2020 dijo que su trabajo sobre la formación de planetas “no logra reproducir los enriquecimientos extremos en Fe necesarios para explicar la formación de Mercurio”. Si los modelos de disco no pueden explicar cómo se formó Mercurio rico en hierro, no pueden explicar cómo se formó G 367 b.
En cambio, es más probable que el planeta fuera diferente cuando se formó y luego tomó su forma actual con el tiempo. La extracción por colisión se produce cuando el material exterior de un planeta es eliminado por una o más colisiones. Dado que el material exterior es menos denso que el material interior en planetas diferenciados, las colisiones repetidas habrían aumentado la densidad aparente de G 367 b al eliminar material más ligero.
Pero hay al menos un problema con eso. “Nuestra medición de la densidad aparente de GJ 367 b sugiere que la extracción por colisión tiene que ser notablemente efectiva para eliminar material no férrico del planeta si es el único proceso en funcionamiento”, escriben los autores. Sorprendentemente eficaz, pero no imposible.
Así que hay tres posibilidades: el planeta se formó en un ambiente rico en hierro, el planeta alguna vez fue más grande y perdió sus capas externas debido a colisiones, o el planeta es el núcleo sobrante de un gigante gaseoso que alguna vez fue masivo y que migró demasiado cerca de su estrella y le quitaron su envoltura gaseosa.
Quizás no tengamos que conformarnos con uno. “Por supuesto, todos los procesos discutidos anteriormente podrían haber contribuido a la creación de la bola de hierro casi pura, conocida como GJ 367 b”, escriben los autores.
Todo lo que tenemos ahora son posibilidades. El sistema es como un rompecabezas y depende de los astrónomos resolverlo. Sus propiedades inusuales lo convierten en un caso atípico y a los científicos les gustan los valores atípicos porque los motiva a profundizar más. Si nuestras teorías actuales no pueden explicar estos bichos raros, entonces nuestras teorías necesitan ser refinadas.
“Este sistema multiplanetario único que alberga esta subtierra USP de densidad ultra alta es un objetivo extraordinario para investigar más a fondo los escenarios de formación y migración de los sistemas USP”, concluyen los investigadores.
Con información de The Astrophysical Journal Letters
 del Observatorio Europeo Austral para determinar la masa y densidad de G 367 b.){kind=link}