CI Tau b è un pianeta paradossale, ma nuove ricerche sulla sua massa, la luminosità e il monossido di carbonio nella sua atmosfera stanno iniziando a rispondere a domande su come un pianeta così grande potrebbe essersi formato attorno a una stella che ha solo 2 milioni di anni.

Alla riunione odierna dell'American Astronomical Society, gli astronomi Christopher Johns-Krull della Rice University e Lisa Prato del Lowell Observatory hanno presentato i risultati di un'analisi spettroscopica nel vicino infrarosso di quattro anni della luce da CI Tau b, un esopianeta gigante in orbita ravvicinata, o "caldo Giove, " in un'orbita di nove giorni attorno alla sua stella madre a circa 450 anni luce dalla Terra nella costellazione del Toro.

"La cosa eccitante è che siamo in grado di rilevare la luce direttamente dal pianeta, ed è la prima volta che viene fatto per un pianeta vicino a una stella così giovane, " disse Johns-Krull, professore di fisica e astronomia e coautore di uno studio la cui pubblicazione è prevista su AAS Lettere per riviste astrofisiche . "Il modo più prezioso per imparare come si formano i pianeti è studiare i pianeti, come CI Tau b, che si stanno ancora formando o si sono appena formati."

Per decenni, la maggior parte degli astronomi credeva che pianeti giganti come Giove e Saturno si fossero formati lontano dalle loro stelle per periodi di 10 milioni di anni o più. Ma la scoperta di dozzine di "giove caldi" ha portato a nuovi modelli teorici che descrivono come potrebbero formarsi tali pianeti.

Johns-Krull ha affermato che l'età di CI Tau b lo ha reso il candidato perfetto per l'osservazione con lo spettrografo infrarosso a reticolo di immersione (IGRINS), un unico, strumento ad alta risoluzione che è stato utilizzato durante le osservazioni di CI Tau b dal telescopio Harlan J. Smith di 2,7 metri dell'Osservatorio McDonald e dal telescopio Discovery Channel di 4,3 metri dell'Osservatorio Lowell.

Poiché ogni elemento atomico e molecola in una stella emette luce da un insieme unico di lunghezze d'onda, gli astronomi possono cercare firme specifiche, o righe spettrali, per vedere se un elemento è presente in una stella o pianeti lontani. Le righe spettrali possono anche rivelare la temperatura e la densità di una stella e la velocità con cui si muove.

Prato ha affermato che il team di ricerca ha utilizzato le righe spettrali del monossido di carbonio per distinguere la luce emessa dal pianeta dalla luce emessa dalla stella vicina.

"Molte delle righe spettrali che sono nel pianeta sono anche nella stella, " disse Prato. "Se sia il pianeta che la stella fossero stazionari, le loro linee spettrali si fonderebbero tutte insieme, e non saremmo in grado di dire cosa proveniva dalla stella e cosa veniva dal pianeta. Ma poiché il pianeta orbita rapidamente intorno alla stella, le sue linee si spostano avanti e indietro drammaticamente. Possiamo sottrarre le linee della stella e vedere solo le linee del pianeta. E da quelli, possiamo determinare quanto è luminoso il pianeta, rispetto alla stella, che ci dice qualcosa su come si è formato."

Questo perché la luminosità di una stella o di un pianeta dipende sia dalle sue dimensioni che dalla sua temperatura.

"La prova osservativa diretta della massa e della luminosità di CI Tau b è particolarmente utile perché sappiamo anche che orbita attorno a una stella molto giovane, " ha detto la studentessa di dottorato di Rice Laura Flagg, l'autore principale del prossimo studio. "La maggior parte dei Giove caldi che abbiamo trovato orbitano attorno a stelle di mezza età. L'età di CI Tau dà un vincolo stretto per mettere alla prova i modelli:possono produrre un pianeta così luminoso e così massiccio in così poco tempo?"

L'analisi di Flagg delle righe spettrali del monossido di carbonio ha mostrato che CI Tau b ha una massa di 11,6 Giove ed è circa 134 volte più debole della sua stella madre. Prato ha detto che fornisce una forte evidenza che si è formato attraverso un "inizio caldo, "un modello teorico che descrive come le instabilità gravitazionali potrebbero formare pianeti giganti più rapidamente rispetto ai modelli tradizionali.

Prato ha affermato che il nuovo studio fornisce un unico metro empirico con cui misurare le teorie concorrenti.

"A circa 2 milioni di anni, CI Tau b è di gran lunga il più giovane Giove caldo rilevato direttamente, " ha detto. "Ora abbiamo una massa e una luminosità per esso - l'unica massa e luminosità misurate direttamente per un giovane Giove caldo - e questo fornisce test molto forti per i modelli di formazione dei pianeti".

IGRINI, che è stato progettato dal coautore dello studio Daniel Jaffe dell'Università del Texas ad Austin, utilizza un reticolo di diffrazione a base di silicio per migliorare sia la risoluzione che il numero di bande spettrali del vicino infrarosso che possono essere osservate da oggetti distanti come CI Tau b e la sua stella madre. IGRINS è stato spostato da McDonald a Lowell a metà dello studio.

Altri coautori includono Larissa Nofi e Joe Llama del Lowell Observatory, e Kendall Sullivan e Gregory Mace sia dell'UT Austin che del suo McDonald Observatory.