El recién descubierto exoplaneta TOI 849 b expone su núcleo planetario permitiendo un vistazo dentro de otro mundo

Artist's impression showing a Neptune-sized planet in the Neptunian Desert. It is extremely rare to find an object of this size and density so close to its star. Credit: University of Warwick/Mark Garlick.

Astrónomos de la Universidad de Warwick han descubierto el núcleo sobreviviente de un gigante gaseoso en órbita alrededor de una estrella distante, ofreciendo una visión sin precedentes del interior de un planeta. 

Se cree que el núcleo, que es del mismo tamaño que Neptuno en nuestro propio sistema solar, es un gigante gaseoso que fue despojado de su atmósfera gaseosa o que no pudo formar uno en sus primeros años de vida. 

El equipo del Departamento de Física de la Universidad de Warwick informó sobre el descubrimiento el 1 de julio en la revista Nature, y se cree que es la primera vez que se observa el núcleo expuesto de un planeta. 

Ofrece la oportunidad única de mirar dentro del interior de un planeta y aprender sobre su composición. 

Ubicado alrededor de una estrella muy parecida a la nuestra, aproximadamente a 730 años luz de distancia, el núcleo, llamado TOI 849 b, orbita tan cerca de su estrella anfitriona que un año es tan solo 18 horas y su temperatura superficial es de alrededor de 1800K. 

El planeta extrasolar TOI 849 b fue encontrado en un sondeo de estrellas por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito de la NASA (TESS), utilizando el método de tránsito: observando las estrellas para detectar la disminución del brillo que indica que un planeta ha pasado frente a ellas. Estaba ubicado en el 'desierto de Neptuno', un término utilizado por los astrónomos para referirse a la región cercana a las estrellas donde rara vez vemos planetas de la masa de Neptuno o más grandes. 

Luego, el objeto se analizó utilizando el instrumento HARPS, en un programa dirigido por la Universidad de Warwick, en el Observatorio La Silla del Observatorio Europeo Austral en Chile. Esto utiliza el efecto Doppler para medir la masa de exoplanetas midiendo su 'bamboleo': pequeños movimientos hacia y lejos de nosotros que se registran como pequeños cambios en el espectro de luz de la estrella. 

El equipo determinó que la masa del objeto es de 2 a 3 veces mayor que Neptuno, pero también es increíblemente densa, con todo el material que conforma esa masa aplastada en un objeto del mismo tamaño. 

La línea roja muestra la trayectoria evolutiva de un planeta simulado que finalmente tiene propiedades similares al planeta real TOI-849b, como se encuentra en el Modelo de Berna de formación y evolución del planeta. La pista se muestra en el plano del semieje mayor en unidades astronómicas (UA), es decir, la distancia orbital desde la estrella, en el eje xy el radio del planeta en unidades de radios jovianos en el eje y. Los puntos azul-rojo muestran otros planetas predichos por el modelo. La Tierra y Júpiter se muestran en sus posiciones para la comparación. El planeta comienza a formarse en el tiempo inicial t = 0 años como un pequeño embrión planetario a aproximadamente 6 UA. El protoplaneta crece en masa en el siguiente millón de años, lo que aumenta su radio. En esta fase, el radio del planeta sigue siendo muy grande, ya que está incrustado en el disco protoplanetario en el que se forma. La creciente masa del protoplaneta hace que migre hacia adentro, hacia la estrella. Esto reduce nuevamente el tamaño del planeta. Después de 3.5 millones de años, el planeta ha migrado al borde interno del disco. Allí, sufre un impacto gigante muy enérgico con otro protoplaneta en su sistema planetario. El enorme calor liberado en la colisión infla fuertemente la envoltura gaseosa del planeta. La envoltura se pierde a través del desbordamiento del lóbulo de Roche y surge un núcleo planetario expuesto. En los siguientes miles de millones de años, el núcleo expuesto gira lentamente en espiral hacia su estrella anfitriona debido a las interacciones de las mareas. El planeta simulado ahora tiene propiedades como una masa, radio y distancia orbital que son muy similares a las propiedades observadas de TOI-849b que se muestran con un símbolo negro-amarillo. Al final, después de unos 9.500 millones de años, el planeta cae en su estrella anfitriona. Crédito: © Universidad de Berna.

El autor principal, el Dr. David Armstrong, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo: "Si bien este es un planeta inusualmente masivo, está muy lejos de lo más masivo que conocemos. Pero es lo más masivo que conocemos respecto a su tamaño, y extremadamente denso para algo del tamaño de Neptuno, que nos dice que este planeta tiene una historia muy inusual. El hecho de que esté en un lugar extraño para su masa también ayuda: no vemos planetas con esta masa en estos cortos períodos orbitales. 

"TOI 849 b es el planeta terrestre más masivo descubierto que tenga una densidad similar a la Tierra. Sería de esperar que un planeta tan masivo haya acumulado grandes cantidades de hidrógeno y helio cuando se formó, convirtiéndose en algo similar a Júpiter. El hecho de que no vemos esos gases nos permite saber que este es un núcleo planetario expuesto. 

"Esta es la primera vez que descubrimos un núcleo expuesto intacto de un gigante gaseoso alrededor de una estrella". 

Hay dos teorías sobre por qué estamos viendo el núcleo del planeta, en lugar de un gigante gaseoso típico. La primera es que alguna vez fue similar a Júpiter, pero perdió casi todo su gas externo a través de una variedad de métodos. Estos podrían incluir la interrupción de las mareas, donde el planeta se separa de la órbita demasiado cerca de su estrella, o incluso una colisión con otro planeta. La foto evaporación de la atmósfera a gran escala también podría desempeñar un papel, pero no puede explicar todo el gas que se ha perdido. 

De forma alternativa, podría ser un gigante de gas 'fallido'. Los científicos creen que una vez que se formó el núcleo del gigante gaseoso, algo podría haber salido mal y nunca se formó una atmósfera. Esto podría haber ocurrido si hubiera una brecha en el disco de polvo del que se formó el planeta, o si se formó tarde y el disco se quedó sin material. 

El Dr. Armstrong añade: "De una forma u otra, TOI 849 b solía ser un gigante gaseoso o es un gigante gaseoso 'fallido'. 

"Es la primera vez que nos dice que existen planetas como este y que se pueden encontrar. Tenemos la oportunidad de ver el núcleo de un planeta de una manera que no podemos hacer en nuestro propio sistema solar. Todavía hay grandes preguntas por contestar". sobre la naturaleza del núcleo de Júpiter, por ejemplo, exoplanetas tan extraños e inusuales como este nos dan una ventana a la formación de planetas que no tenemos otra forma de explorar. 

"Aunque todavía no tenemos información sobre su composición química, podemos seguirla con otros telescopios. Debido a que TOI 849 b está tan cerca de la estrella, cualquier atmósfera restante alrededor del planeta debe reponerse constantemente desde el núcleo". Entonces, si podemos medir esa atmósfera, entonces podemos obtener una idea de la composición del núcleo mismo ". 

Fuente: Universidad de Warwick 

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* 'Un núcleo planetario remanente en el desierto caliente de Neptuno' se publicado en Nature, DOI: 10.1038/s41586-020-2421-7

* La investigación del Dr. Armstrong fue apoyada por el Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC), parte de la Investigación e Innovación del Reino Unido, a través de una beca Ernest Rutherford.