Os cientistas acreditam que o exoplaneta Gliese 367 b é provavelmente uma bola sólida de metal

Não podemos compreender a natureza sem compreender o seu alcance. Isso é evidente na ciência dos exoplanetas e nas nossas teorias de formação planetária. 

Os valores discrepantes e excêntricos da natureza pressionam nossos modelos e motivam os cientistas a irem mais fundo. 

Uma ilustração do exoplaneta Gliese 367 b. É um planeta estranho que pode ser composto inteiramente de ferro. Crédito: NASA 

Gliese 367 b (ou Tahay) é certamente um excêntrico. 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 o único nesse aspecto. Mas é uma exceção por outro lado: é também um planeta ultradenso – quase duas vezes mais denso que a Terra.

Isso significa que deve ser ferro quase puro.

Os astrônomos encontraram Tahay em 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 do estranho planeta com medições melhoradas. Também encontrou dois irmãos para o planeta. A pesquisa é intitulada "Empresa para a Sub-Terra de Ultra-alta Densidade e Período Ultracurto GJ 367 b: Descoberta de Dois Planetas Adicionais de Baixa Massa em 11,5 e 34 Dias." A autora principal é Elisa Goffo, Ph.D. estudante do Departamento de Física da Universidade de Torino.

O TESS encontrou Gliese 367 b em 2021, quando detectou um sinal de trânsito extremamente fraco da estrela anã vermelha chamada Gliese 367. O sinal estava nos limites da capacidade de detecção do TESS, então os astrônomos sabiam que era pequeno, como a Terra.

Como parte do esforço de 2021, os pesquisadores usaram o espectrógrafo High-Accuracy Radial Velocity Planet Searcher (HARPS) no European Southern Observatory para determinar a massa e densidade do G 367 b. Eles determinaram que o raio do planeta é 72% do da Terra e sua massa é 55% da Terra. Isso significa que provavelmente era um planeta de ferro, o núcleo restante de um planeta que já foi muito maior.

Avançando para agora e para a nova pesquisa de Goffo e seus colegas.

Eles também usaram o HARPS para medir o pequeno planeta. Desta vez eles usaram 371 observações HARPS do G 367 b. Esses resultados mostram que o planeta é ainda mais denso do que o estudo de 2021 descobriu. Em vez de 55% da massa da Terra, esta nova pesquisa revela que o planeta tem 63% da massa da Terra. Seu raio também diminuiu de 72% do da Terra para 70% do da Terra.

O que acontece é que G 367 b é duas vezes mais denso que a Terra. Como o planeta ficou assim? É improvável que tenha se formado do jeito que está agora. Em vez disso, é provavelmente o núcleo de um planeta cujo manto rochoso foi removido.

“Poderíamos comparar GJ 367 b a um planeta semelhante à Terra com o seu manto rochoso removido”, disse o autor principal Goffo. "Isto poderá ter implicações importantes para a formação de GJ 367 b. Acreditamos que o planeta poderá ter-se formado como a Terra, com um núcleo denso feito principalmente de ferro, rodeado por um manto rico em silicatos."

Algo extraordinário deve ter acontecido para o pequeno planeta perder o seu manto. “Um evento catastrófico poderia ter arrancado o seu manto rochoso, deixando o núcleo denso do planeta nu”, explicou Goffo. Colisões entre ele e outros protoplanetas ainda em formação no início de sua vida poderiam ter removido a camada externa do planeta.

Outra possibilidade, segundo Goffo, é que o pequeno USP tenha nascido em uma região incomumente rica em ferro de um disco protoplanetário. Mas isso parece improvável.

Existe uma terceira possibilidade, e foi ponderada pela primeira vez quando os astrónomos descobriram G 367 b em 2021. Poderia ser o remanescente de um outrora enorme gigante gasoso como Neptuno. Para que fosse esse o caso, o planeta teria se formado mais longe da estrela e depois migrado. Está tão perto de sua estrela agora que a intensa irradiação da anã vermelha teria evaporado a 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. (Mesmo sendo raros, existe um sistema com dois deles.) Mercúrio pode ter sofrido o mesmo destino que G 367 b pode ter sofrido. Poderia ter tido mais manto e crosta ao mesmo tempo, mas os impactos os removeram.

Mas mesmo entre os supermercúrios, o G 367 b se destaca. É o USP mais denso que conhecemos. “Graças às nossas estimativas precisas de massa e raio, exploramos a potencial composição interna e estrutura do GJ 367 b e descobrimos que se espera que ele tenha um núcleo de ferro com uma fração de massa de 0,91”, afirma o novo artigo.

Então, o que aconteceu neste sistema? Como é que G 367 b se encontrou neste estado e tão perto da sua estrela?

Os pesquisadores também encontraram mais dois planetas neste sistema: G 367 c e d. Os astrônomos pensam que os planetas da USP são quase sempre encontrados em sistemas com múltiplos planetas, então esta nova pesquisa fortalece isso. O TESS não conseguiu detectar estes planetas porque eles não transitam pela sua estrela. A equipa encontrou-os nas suas observações HARPS e a 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 coautor Davide Gandolfi, professor da Universidade de Torino.

Os planetas companheiros também orbitam perto da estrela, mas têm massas mais baixas. Isto pressiona a ideia de que qualquer um deles se formou num ambiente rico em ferro, mas não o elimina. “Embora o GJ 367 b possa ter-se formado num ambiente rico em ferro, não excluímos um cenário de formação envolvendo eventos violentos como colisões de planetas gigantes”, disse Gandolfi num comunicado de imprensa.

Na conclusão do artigo, a equipe se aprofunda um pouco mais nos possíveis cenários de formação.

No cenário de formação, o disco protoplanetário em torno de Gliese 367 devia ter uma região enriquecida com ferro. Mas os astrónomos não sabem se esse tipo de região rica em ferro existe.

"Os caminhos possíveis podem incluir a formação de material significativamente mais rico em ferro do que se pensa estar normalmente presente em discos protoplanetários. Embora não esteja claro se discos com um conteúdo relativo tão grande de ferro especificamente perto da borda interna (onde a maior parte do material pode ser obtido de) existem", escrevem eles.

Na verdade, um estudo separado de 2020 disse que o seu trabalho sobre a formação de planetas “não consegue reproduzir os enriquecimentos extremos em Fe necessários para explicar a formação de Mercúrio”. Se os modelos de disco não conseguem explicar como o Mercúrio rico em ferro se formou, eles não conseguem explicar como o G 367 b se formou.

Em vez disso, é mais provável que o planeta fosse diferente quando se formou e depois tenha assumido a sua forma atual ao longo do tempo. A remoção colisional ocorre 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 aparente do G 367 b, removendo o material mais leve.

Mas há pelo menos um problema com isso. “A nossa medição da densidade aparente do GJ 367 b sugere que a remoção colisional tem de ser notavelmente eficaz na remoção de material não-ferroso do planeta se for o único processo em funcionamento”, escrevem os autores. Notavelmente eficaz, mas não impossível.

Portanto, existem três possibilidades: o planeta se formou em um ambiente rico em ferro, o planeta já foi maior e perdeu suas camadas externas através de colisões, ou o planeta é o núcleo restante de um gigante gasoso outrora massivo que migrou muito perto de sua estrela e teve seu invólucro gasoso arrancado.

Talvez não tenhamos que nos decidir por um. “É claro que todos os processos discutidos acima poderiam ter contribuído para a criação da bola de ferro quase pura, 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 um caso atípico e os cientistas gostam de valores atípicos porque os motiva a ir mais fundo. Se nossas teorias atuais não conseguem explicar essas excentricidades, então nossas teorias precisam de refinamento.

“Este sistema multiplanetário único que hospeda esta densidade ultra-alta, a sub-Terra da USP, é um alvo extraordinário para investigar mais a fundo os cenários de formação e migração dos sistemas USP”, concluem os pesquisadores.

Fonte: phys.org