Gli astronomi hanno trovato un altro strano pianeta extrasolare in un lontano sistema solare. Questo è strano perché le sue dimensioni sono intermedie tra la Terra e Nettuno, eppure è il 50% più massiccio di Nettuno.
Gli astronomi hanno trovato quelli che chiamano 'pianeti puff' in altri sistemi solari. Questi sono pianeti che sono alcune volte più massicci della Terra, ma con raggi molto più grandi di quello di Nettuno. Ma questo pianeta è l'opposto: è molto più massiccio di Nettuno, ma ha anche un raggio molto più piccolo. Super denso, non super gonfio.
Questo strano pianeta sta mettendo in discussione la nostra comprensione di come si formano i pianeti.
Astronomi con la National Science Foundation NOIRLab hanno studiato il pianeta e hanno presentato le loro scoperte in un documento intitolato ' Il Planet Finder della zona abitabile rivela una massa elevata e una bassa obliquità per il giovane Nettuno K2-25b .” L'autore principale è Gudmundur Stefansson, borsista post-dottorato alla Princeton University. Il documento sarà pubblicato su The Astronomical Journal ed è disponibile su arxiv.org.
La missione Kepler ha scoperto il pianeta nel 2016. Orbita intorno a K2-25, una stella nana M nell'ammasso stellare delle Iadi. K2-25b orbita attorno alla sua stella ogni 3,5 giorni. Secondo questo studio, ha una massa di circa 24,5 masse terrestri e un raggio di circa 3,4 raggi terrestri. Nell'introduzione al loro studio, gli autori scrivono che 'Queste proprietà sono compatibili con un nucleo roccioso avvolto da una sottile atmosfera di idrogeno-elio (5% in massa).'
K2-25b orbita attorno alla sua stella ospite K2-25 nell'ammasso stellare delle Iadi. Credito immagine: NOIRLab/NSF/AURA/Digitized Sky Survey 2
Il pianeta ha attirato l'interesse degli astronomi in parte perché è un pianeta 'sub-Nettuno'. UN sub-Nettuno può avere una massa maggiore di Nettuno insieme a un raggio più piccolo, come questo, oppure può essere meno massiccio di Nettuno, ma con un raggio maggiore. Ad ogni modo, i sub-Nettuno sono in conflitto con i nostri modelli di formazione del pianeta. Capire come si formano questi tipi di pianeti è una domanda cruciale in questo momento, alla frontiera della scienza degli esopianeti.
'K2-25b è insolito', ha affermato il ricercatore capo Gudmundur Stefansson, borsista post-dottorato presso la Princeton University. 'Il pianeta è denso per le sue dimensioni e la sua età, in contrasto con altri giovani pianeti di dimensioni inferiori a Nettuno che orbitano vicino alla stella che li ospita', ha detto Stefansson in un comunicato stampa . “Di solito si osserva che questi mondi hanno basse densità e alcuni hanno persino atmosfere di evaporazione estese. K2-25b, con le misurazioni alla mano, sembra avere un nucleo denso, roccioso o ricco d'acqua, con un involucro sottile”.
I modelli astronomici mostrano che i grandi pianeti si formano prima con un nucleo roccioso. La massa iniziale di un nucleo è modesta, forse solo da 5 a 10 volte più massiccia della Terra stessa. Quindi il gas si accumula attorno al nucleo, creando un involucro gassoso che è centinaia di volte più massiccio della Terra. Il gigante gassoso Giove probabilmente si è formato in questo modo.
Ma pianeti come K2-25b sembrano mostrare che la nostra comprensione è incompleta. Sembra avere un nucleo roccioso enormemente massiccio, con pochissimo involucro gassoso. Le sue proprietà insolite pongono un paio di domande: come è finito con un nucleo roccioso così massiccio? E, dal momento che ha un nucleo così massiccio, come mai non ha un grande involucro gassoso?
Un'illustrazione di un disco protoplanetario. I pianeti si uniscono dal materiale rimanente di cui si è formata la stella. Si forma un nucleo roccioso, che attira quindi un involucro gassoso. K2-25b è in qualche modo diverso. Ha un enorme nucleo roccioso con un involucro gassoso più piccolo. Credito: NASA/JPL-Caltech/T. Pile (SSC)
Sebbene non comprendiamo appieno come si formano K2-25b e altri pianeti simili, questo pianeta è una sorta di laboratorio naturale per studiarli. 'Data la sua età nota e i parametri orbitali ben caratterizzati', scrivono gli autori nel loro articolo, 'K2-25b è un sistema di riferimento per studiare la formazione dei pianeti nani M e le successive dinamiche, fornendoci ulteriori informazioni sui meccanismi di formazione e migrazione che producono altri esopianeti Nettuno caldo”.
Dato il suo grande nucleo, avrebbe dovuto acquisire un enorme involucro gassoso. Il fatto che non abbia dato origine a diverse possibilità. Una di queste possibilità, suggeriscono gli autori, è che il nucleo roccioso si sia formato attraverso fusioni. “Per spiegare la sua massa attualmente osservata, supponiamo che K2-25b potrebbe essere il prodotto della fusione di eventi planetari di nuclei planetari più piccoli per produrre un pianeta più massiccio”.
Questa figura dello studio traccia il piano del raggio di massa per l'esopianeta K2-25b con altri esopianeti, così come i pianeti nel nostro sistema solare. La curva rossa è tracciata secondo modelli noti di formazione dei pianeti, con un nucleo roccioso e un inviluppo di idrogeno/elio. Per una spiegazione più dettagliata, vedere lo studio. Credito immagine: Stefansson et al, 2020.
Questa spiegazione ha anche l'ulteriore vantaggio di tenere conto dell'eccentricità orbitale del pianeta. Scrivono: 'Un tale ambiente dinamico potrebbe aver eccitato K2-25b in un'orbita eccentrica e K2-25b potrebbe essere in procinto di migrare verso un'orbita di periodo più breve attraverso interazioni di marea con la stella ospite'.
Scoperte come questa sono spesso il risultato di progressi tecnologici. Strumenti come SFERA , sul Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO), sono responsabili di molte scoperte recenti. Ma in questo caso, il pezzo di tecnologia che lo ha reso possibile è stato un diffusore standard da $ 500. Il ricercatore capo Gudmundur Stefansson ha sviluppato un modo di utilizzare i diffusori ingegnerizzati nella sua tesi di dottorato.
Un esempio di diffusore ingegnerizzato da 5 cm per 5 cm (2 pollici per 2 pollici).
Credito: Gudmundur Stefansson/RPC Photonics
Un Engineered Diffuser diffonde la luce di una stella in modo che copra più pixel sulla fotocamera. Ciò consente di misurare in modo più accurato la luminosità della stella durante il transito del pianeta, il che si traduce in una misurazione più precisa delle dimensioni del pianeta in orbita, tra gli altri parametri. 'L'innovativo diffusore ci ha permesso di definire meglio la forma del transito e quindi di limitare ulteriormente le dimensioni, la densità e la composizione del pianeta', ha affermato Jayadev Rajagopal, astronomo di NOIRLab, anch'egli coinvolto nello studio.
K2-25b pone alcune importanti domande agli astronomi. Le risposte a queste domande dovranno aspettare, ma forse non troppo a lungo. K2-25b è un ottimo candidato per osservazioni di follow-up con il James Webb Space Telescope. Il Webb avrà a bordo potenti coronografi che bloccheranno la luce degli esosoli, rendendo più facile vedere i pianeti in orbita. Osserverà anche a infrarossi, qualcosa in cui eccellerà dalla sua posizione in L2.
Anche il GHOST (Gemini High Resolution Optical SpecTrograph) del Gemini South Telescope ha K2-25b nella sua lista di obiettivi. È uno spettrografo con una 'ampia copertura simultanea di lunghezze d'onda ad alta efficienza osservativa' secondo il sito web. Sarà molto efficace nell'osservare l'atmosfera di pianeti come questo.
Ulteriori osservazioni con GHOST e JWST potrebbero non rispondere a tutte le domande che K2-15b pone sulla formazione dei pianeti. Ma amplieranno i confini di ciò che facciamo e non ne sappiamo. Nel frattempo, forse più astronomi troveranno modi a basso budget per affrontarli.
Il diffusore che ha reso questo studio così efficace è stato utilizzato con il telescopio WIYN da 0,9 metri al Kitt Peak National Observatory ( KPNO ). Il telescopio da 3,5 metri dell'Osservatorio di Apache Point ( APO ) nel New Mexico faceva parte dello studio. Il Laboratorio nazionale di ricerca di astronomia nell'infrarosso ottico (NOIRLab) include l'Osservatorio Gemini, l'Osservatorio Kitt Peak, così come molte altre strutture e l'imminente Osservatorio Vera C. Rubin.
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