Entre os 5.500 exoplanetas descobertos no Universo, apenas um punhado impressiona a imaginação com uma densidade invulgarmente elevada, que excede a densidade do aço. A evolução dos planetas para tal estado permanece um mistério, mas os cientistas desenvolveram um modelo interessante da transformação específica dos exoplanetas e provaram-no com simulações de computador.
O exoplaneta do deserto de Netuno quente na representação do artista. Fonte da imagem: Ricardo Ramirez/Universidade de Warwick
O exoplaneta TOI-1853b chamou imediatamente a atenção dos cientistas. É ligeiramente menor que Netuno, mas quase duas vezes mais denso que a Terra. Esta enorme densidade não pode ser explicada pelos caminhos evolutivos tradicionais dos exoplanetas que descobrimos e estamos observando. Obviamente, ele se formou de alguma outra forma, provavelmente tendo perdido água e atmosfera ao longo de sua evolução, deixando para nossa observação, na verdade, um núcleo rochoso.
Como o exoplaneta TOI-1853b atingiu este estado, um grupo de especialistas liderado pelo físico Luca Naponiello da Universidade de Roma Tor Vergata (Itália) e da Universidade de Bristol (Reino Unido) se comprometeu a entender.
«Este planeta é muito incrível! Normalmente, esperaríamos que os planetas formados a partir desta quantidade de rocha se tornassem gigantes gasosos como Júpiter, cuja densidade é semelhante à da água, explicou o físico Jingyao Dou, da Universidade de Bristol. – TOI-1853b é do tamanho de Netuno, mas sua densidade é maior que a do aço. Nosso trabalho mostra que isso poderia acontecer se colisões planetárias extremamente energéticas ocorressem durante a formação planetária. Como resultado dessas colisões, parte da atmosfera leve e da água foi removida, restando um planeta enriquecido com pedras de alta densidade.
O raio de TOI-1853b é 3,46 vezes o raio da Terra, e o raio de Netuno é 3,88 vezes o raio da Terra. É aqui que termina a semelhança. O exoplaneta orbita a sua estrela hospedeira, uma anã laranja com cerca de 80% do tamanho do Sol, uma vez a cada 1,24 dias. E se o seu raio não causa surpresa, então a sua massa é realmente desconcertante: é 73,2 vezes a massa da Terra. A massa de Netuno, por exemplo, é de apenas 17,15 massas terrestres.
Segundo especialistas, com tais dimensões e massa, a densidade do TOI-1853b é de 9,7 g/cm3. A densidade média de Netuno é 1,64 g/cm3. A densidade média da Terra é 5,15 g/cm3. A densidade do ferro é 7,87 g/cm3, aproximadamente a mesma densidade do aço. Como a baixa densidade de Netuno é explicada pela grande extensão de sua atmosfera, a maior densidade de TOI-1853b sugere sua quase completa ausência, bem como a ausência de outras substâncias não muito densas, como a água.
Uma série de simulações mostrou que a explicação mais provável para a hiperdensidade de um exoplaneta é uma colisão em alta velocidade entre dois exoplanetas massivos, ainda em formação, que os despojou das suas atmosferas.
Cenários para a formação do TOI-1853b. Fonte da imagem: Napionello/Natureza 2023
«Nossa contribuição para o estudo foi simular colisões gigantescas extremas que poderiam remover a atmosfera leve e a água (ou gelo) do grande planeta original para criar uma densidade extrema, explicou o físico Phil Carter, da Universidade de Bristol. “Concluímos que o corpo planetário original provavelmente tinha que ser rico em água e sofrer um impacto extremo a mais de 75 km/s para criar o TOI-1853b como é observado.”
Acrescentamos que o exoplaneta TOI-1853b pertence ao tipo mais raro de objetos no chamado deserto de Netuno quente. São planetas do tamanho de Netuno e com órbitas muito curtas em torno de suas estrelas. Existem apenas alguns desses planetas entre os cerca de 5.500 exoplanetas que conhecemos. Portanto, o estudo do TOI-1853b é de particular valor. Na verdade, isso é exótico ao quadrado.