Nuove osservazioni dettagliate con le strutture NOIRLab di NSF rivelano un giovane esopianeta, in orbita attorno a una giovane stella nell'ammasso delle Iadi, che è insolitamente denso per le sue dimensioni ed età. Con un peso di 25 masse terrestri, e leggermente più piccolo di Nettuno, l'esistenza di questo esopianeta è in contrasto con le previsioni delle principali teorie sulla formazione dei pianeti.

Nuove osservazioni dell'esopianeta, noto come K2-25b, realizzato con il telescopio WIYN da 0,9 metri al Kitt Peak National Observatory (KPNO), un programma del NOIRLab di NSF, il telescopio Hobby-Eberly presso l'Osservatorio McDonald e altre strutture, sollevare nuove domande sulle attuali teorie sulla formazione dei pianeti. È stato scoperto che l'esopianeta è insolitamente denso per le sue dimensioni e la sua età, sollevando la domanda su come sia nato. I dettagli dei risultati appaiono in Il Giornale Astronomico .

Leggermente più piccolo di Nettuno, K2-25b orbita attorno a una stella nana M, il tipo di stella più comune nella galassia, in 3,5 giorni. Il sistema planetario è un membro dell'ammasso stellare delle Iadi, un vicino ammasso di giovani stelle in direzione della costellazione del Toro. Il sistema ha circa 600 milioni di anni, e si trova a circa 150 anni luce dalla Terra.

I pianeti di dimensioni comprese tra quelle della Terra e di Nettuno sono compagni comuni delle stelle della Via Lattea, nonostante il fatto che tali pianeti non si trovino nel nostro Sistema Solare. Capire come si formano ed evolvono questi pianeti "sub-Nettuno" è una questione di frontiera negli studi sugli esopianeti.

Gli astronomi prevedono che i pianeti giganti si formino assemblando prima un modesto nucleo di roccia e ghiaccio di 5-10 volte la massa della Terra e poi ricoprendosi in un enorme involucro gassoso centinaia di volte la massa della Terra. Il risultato è un gigante gassoso come Giove. K2-25b infrange tutte le regole di questa immagine convenzionale:con una massa 25 volte quella della Terra e di dimensioni modeste, K2-25b è quasi tutto nucleo e pochissimo involucro gassoso. Queste strane proprietà pongono due enigmi per gli astronomi. Primo, come ha fatto K2-25b ad assemblare un nucleo così grande, molte volte il limite di massa terrestre 5-10 previsto dalla teoria? E secondo, con la sua elevata massa del nucleo e la conseguente forte attrazione gravitazionale, come ha fatto a evitare di accumulare un involucro gassoso significativo?

Il team che studia K2-25b ha trovato il risultato sorprendente. "K2-25b è insolito, " disse Gudmundur Stefansson, un borsista post-dottorato alla Princeton University, che ha guidato il gruppo di ricerca. Secondo Stefansson, l'esopianeta è di dimensioni più piccole di Nettuno ma circa 1,5 volte più massiccio. "Il pianeta è denso per le sue dimensioni e la sua età, a differenza di altri giovani, pianeti di dimensioni inferiori a Nettuno che orbitano vicino alla loro stella ospite, " ha detto Stefansson. "Di solito si osserva che questi mondi hanno basse densità e alcuni hanno persino atmosfere di evaporazione estese. K2-25b, con le misure alla mano, sembra avere un nucleo denso, sia roccioso che ricco d'acqua, con una busta sottile."

Per esplorare la natura e l'origine di K2-25b, gli astronomi ne determinarono la massa e la densità. Sebbene le dimensioni dell'esopianeta siano state inizialmente misurate con il satellite Kepler della NASA, la misurazione delle dimensioni è stata perfezionata utilizzando misurazioni ad alta precisione dal telescopio WIYN da 0,9 metri al KPNO e dal telescopio da 3,5 metri dell'Apache Point Observatory (APO) nel New Mexico. Le osservazioni effettuate con questi due telescopi hanno sfruttato una tecnica semplice ma efficace che è stata sviluppata nell'ambito della tesi di dottorato di Stefansson. La tecnica utilizza un componente ottico intelligente chiamato Diffusore ingegnerizzato, che può essere ottenuto dallo scaffale per circa $ 500. Diffonde la luce della stella per coprire più pixel sulla fotocamera, consentendo di misurare con maggiore precisione la luminosità della stella durante il transito del pianeta, e risultando in una misurazione più precisa delle dimensioni del pianeta orbitante, tra gli altri parametri.

"L'innovativo diffusore ci ha permesso di definire meglio la forma del passaggio e quindi di vincolarne ulteriormente le dimensioni, densità e composizione del pianeta, "ha detto Jayadev Rajagopal, un astronomo del NOIRLab, anch'egli coinvolto nello studio.

Per il suo basso costo, il diffusore offre un ritorno scientifico fuori misura. "Telescopi con apertura più piccola, se dotati di attrezzature all'avanguardia, ma poco costoso, le apparecchiature possono essere piattaforme per programmi scientifici ad alto impatto, " spiega Rajagopal. "Sarà richiesta una fotometria molto accurata per esplorare le stelle e i pianeti ospiti in tandem con missioni spaziali e aperture più grandi dal suolo, e questa è un'illustrazione del ruolo che un telescopio di dimensioni modeste da 0,9 metri può svolgere in questo sforzo".

Grazie alle osservazioni con i diffusori disponibili sui telescopi WIYN 0,9 metri e APO 3,5 metri, gli astronomi sono ora in grado di prevedere con maggiore precisione quando K2-25b transiterà sulla sua stella ospite. Mentre prima i transiti potevano essere previsti solo con una precisione temporale di 30-40 minuti, ora sono conosciuti con una precisione di 20 secondi. Il miglioramento è fondamentale per pianificare le osservazioni di follow-up con strutture come l'Osservatorio internazionale Gemini e il telescopio spaziale James Webb.

Molti degli autori di questo studio sono anche coinvolti in un altro progetto di caccia di esopianeti al KPNO:lo spettrometro NEID sul telescopio WIYN da 3,5 metri. Il NEID consente agli astronomi di misurare il movimento delle stelle vicine con estrema precisione, circa tre volte migliore rispetto alla precedente generazione di strumenti all'avanguardia, consentendo loro di rilevare, determinare la massa di, e caratterizzano esopianeti piccoli come la Terra.