Gli astronomi hanno scoperto un nuovo pianeta extrasolare che potrebbe alterare la teoria permanente della formazione dei pianeti. Con una massa che sta tra quella di Nettuno e Saturno, e la sua posizione oltre la "linea di neve" della sua stella ospite, un mondo alieno di questa scala doveva essere raro.

Aparna Bhattacharya, un ricercatore post-dottorato presso l'Università del Maryland e il Goddard Space Flight Center (GSFC) della NASA, ha guidato la squadra che ha fatto la scoperta, che è stato annunciato oggi durante una conferenza stampa al 233° Meeting dell'American Astronomical Society a Seattle.

Utilizzando la fotocamera nel vicino infrarosso, strumento di seconda generazione (NIRC2) sul telescopio Keck II da 10 metri dell'Osservatorio W. M. Keck a Maunakea, Hawaii e lo strumento Wide Field Camera 3 (WFC3) sul telescopio spaziale Hubble, i ricercatori hanno preso immagini simultanee ad alta risoluzione dell'esopianeta, denominato OGLE-2012-BLG-0950Lb, permettendo loro di determinarne la massa.

"Siamo rimasti sorpresi di vedere la massa uscire proprio nel mezzo del previsto gap di massa del pianeta gigante intermedio, " ha detto Bhattacharya. "È come trovare un'oasi nel mezzo del deserto di un esopianeta!"

"Sono rimasto molto soddisfatto della rapidità con cui Aparna ha completato l'analisi, " ha detto il coautore David Bennett, un ricercatore senior presso l'Università del Maryland e GSFC. "Ha dovuto sviluppare alcuni nuovi metodi per analizzare questi dati, un tipo di analisi che non era mai stato fatto prima".

In un inquietante tempismo di eventi, un altro team di astronomi (che includeva Bhattacharya e Bennett) ha pubblicato quasi contemporaneamente un'analisi statistica che mostra che tali pianeti di massa sub-saturniana non sono rari, dopotutto.

"Stavamo appena finendo l'analisi quando sono arrivate le misurazioni di massa di OGLE-2012- BLG-0950Lb, " ha detto l'autore principale Daisuke Suzuki dell'Istituto giapponese di Space and Astronautical Science. "Questo pianeta ha confermato la nostra interpretazione dello studio statistico".

I risultati delle squadre su OGLE-2012-BLG-0950Lb sono pubblicati nel numero di dicembre di The Giornale Astronomico e lo studio statistico è stato pubblicato nel numero del 20 dicembre del Lettere per riviste astrofisiche .

OGLE-2012-BLG-0950Lb era tra i pianeti sub-Saturno nello studio statistico; tutti sono stati rilevati tramite microlensing, l'unico metodo attualmente abbastanza sensibile da rilevare pianeti con massa inferiore a quella di Saturno in orbite simili a Giove.

Il microlensing sfrutta una conseguenza della teoria della relatività generale di Einstein:la curvatura e l'ingrandimento della luce vicino a un oggetto massiccio come una stella, producendo una lente naturale sul cielo. Nel caso di OGLE-2012-BLG-0950Lb, la luce di una lontana stella sullo sfondo è stata ingrandita da OGLE-2012-BLG-0950L (la stella ospite dell'esopianeta) nel corso di due mesi mentre si avvicinava al perfetto allineamento nel cielo con la stella sullo sfondo.

Analizzando attentamente la luce durante l'allineamento, è stato osservato un oscuramento imprevisto della durata di circa un giorno, rivelando la presenza di OGLE-2012-BLG-0950Lb attraverso la sua stessa influenza sulla lente.

Metodologia

OGLE-2012-BLG-0950Lb è stato rilevato per la prima volta dai telescopi di indagine con microlenti delle collaborazioni Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) e Microlensing Observations in Astrophysics (MOA).

Il team di Bhattacharya ha quindi condotto osservazioni di follow-up utilizzando il potente sistema di ottica adattiva dell'Osservatorio Keck in combinazione con NIRC2.

"Le osservazioni di Keck ci hanno permesso di determinare che il pianeta di dimensioni sub-Saturno o super-Nettuno ha una massa di 39 volte quella della Terra, e che la sua stella ospite è 0,58 volte la massa del Sole, " ha detto Bennett. "Hanno misurato la separazione del sistema planetario in primo piano dalla stella sullo sfondo. Questo ci ha permesso di elaborare la geometria completa dell'evento di microlensing. Senza questi dati, conoscevamo solo il rapporto di massa stella-pianeta, non le singole masse».

Per lo studio statistico, Il team di Suzuki e il MOA hanno analizzato le proprietà di 30 pianeti sub-Saturno trovati mediante microlenti e li hanno confrontati con le previsioni della teoria dell'accrescimento del nucleo.

Sfidare la teoria

Ciò che rende unico il metodo del microlensing è la sua sensibilità ai pianeti sub-Saturni come OGLE-2012-BLG-0950Lb che orbitano oltre la "linea della neve" delle loro stelle ospiti.

La linea della neve, o linea del gelo, è la distanza in un giovane sistema solare, (alias un disco protoplanetario) in cui è abbastanza freddo da consentire all'acqua di condensarsi in ghiaccio. In corrispondenza e oltre la linea della neve c'è un drammatico aumento della quantità di materiale solido necessario per la formazione del pianeta. Secondo la teoria dell'accrescimento del nucleo, si pensa che i solidi si accumulino nei nuclei planetari prima attraverso processi chimici e poi gravitazionali.

"Un processo chiave della teoria dell'accrescimento del nucleo è chiamato "accrescimento di gas in fuga, " ha detto Bennett. "Si pensa che i pianeti giganti inizino il loro processo di formazione raccogliendo una massa centrale di circa 10 volte la massa della Terra in roccia e ghiaccio. In questa fase, inizia un lento accrescimento di idrogeno ed elio fino al raddoppio della massa. Quindi, l'accrescimento di idrogeno ed elio dovrebbe accelerare in modo esponenziale in questo processo di accrescimento di gas incontrollato. Questo processo si interrompe quando la fornitura è esaurita. Se la fornitura di gas viene interrotta prima che si fermi l'accrescimento incontrollato, otteniamo pianeti "Giove fallito" con masse di 10-20 masse terrestri (come Nettuno)."

Lo scenario di accrescimento di gas incontrollato della teoria di accrescimento del nucleo prevede che pianeti come OGLE-2012-BLG-0950Lb dovrebbero essere rari. A 39 volte la massa della Terra, si pensa che i pianeti di queste dimensioni stiano continuando attraverso una fase di rapida crescita, finendo in un pianeta molto più massiccio. Questo nuovo risultato suggerisce che lo scenario di crescita incontrollata potrebbe aver bisogno di una revisione.

Il team di Suzuki ha confrontato la distribuzione dei rapporti di massa pianeta-stella trovati dal microlensing con le distribuzioni previste dalla teoria dell'accrescimento del nucleo.

Hanno scoperto che il processo di accrescimento del gas incontrollato della teoria dell'accrescimento del nucleo prevede circa 10 volte meno pianeti giganti di massa intermedia come OGLE-2012-BLG-0950Lb rispetto a quelli osservati nei risultati del microlensing.

Questa discrepanza implica che la formazione del gigante gassoso può coinvolgere processi che sono stati trascurati dai modelli esistenti di accrescimento del nucleo, o che l'ambiente di formazione del pianeta varia considerevolmente in funzione della massa della stella ospite.

Prossimi passi

Questa scoperta non ha solo messo in discussione una teoria consolidata, it was made using a new technique that will be a key part of NASA's next big planet finding mission, the Wide Field Infra-Red Survey Telescope (WFIRST), which is scheduled to launch into orbit in the mid-2020s.

"This is exactly the method that WFIRST will use to measure the masses of the planets that it discovers with its exoplanet microlensing survey. Until WFIRST comes online, we need to develop this method with observations from our Keck Key Strategic Mission Support (KSMS) program as well as observations from Hubble, " ha detto Bennet.

"It's very exciting to see Keck and Hubble combine forces to provide this surprising new result, " said Keck Observatory Chief Scientist John O'Meara. "And it's equally exciting to know that we can make these kind of advances today to help facilitate the best science from WFIRST and Keck's partnership in the future."

The NASA Keck KSMS program will continue to make follow-up observations of microlensing events detected by telescopes on the ground and in space.