Novas observações detalhadas com as instalações NOIRLab da NSF revelam um jovem exoplaneta, orbitando uma jovem estrela no aglomerado de Hyades, que é incomumente denso para seu tamanho e idade. Pesando 25 massas terrestres, e ligeiramente menor que Netuno, a existência deste exoplaneta está em desacordo com as previsões das principais teorias de formação de planetas.

Novas observações do exoplaneta, conhecido como K2-25b, feito com o telescópio WIYN de 0,9 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak (KPNO), um programa do NOIRLab da NSF, o telescópio Hobby-Eberly no Observatório McDonald e outras instalações, levantar novas questões sobre as teorias atuais de formação de planetas. Descobriu-se que o exoplaneta é incomumente denso para seu tamanho e idade - levantando a questão de como ele veio a existir. Os detalhes das descobertas aparecem em The Astronomical Journal .

Um pouco menor que Netuno, K2-25b orbita uma estrela anã M - o tipo mais comum de estrela na galáxia - em 3,5 dias. O sistema planetário é um membro do aglomerado de estrelas Hyades, um aglomerado próximo de estrelas jovens na direção da constelação de Touro. O sistema tem aproximadamente 600 milhões de anos, e está localizado a cerca de 150 anos-luz da Terra.

Planetas com tamanhos entre os da Terra e Netuno são companheiros comuns de estrelas da Via Láctea, apesar do fato de que nenhum desses planetas são encontrados em nosso Sistema Solar. Compreender como esses planetas "sub-Netuno" se formam e evoluem é uma questão de fronteira nos estudos de exoplanetas.

Os astrônomos prevêem que os planetas gigantes se formarão primeiro pela montagem de um modesto núcleo de rocha-gelo de 5 a 10 vezes a massa da Terra e, em seguida, envolvendo-se em um enorme envelope gasoso centenas de vezes a massa da Terra. O resultado é um gigante gasoso como Júpiter. O K2-25b quebra todas as regras desta imagem convencional:Com uma massa 25 vezes maior que a da Terra e tamanho modesto, K2-25b é quase todo núcleo e muito pouco envoltório gasoso. Essas propriedades estranhas representam dois quebra-cabeças para os astrônomos. Primeiro, como o K2-25b montou um núcleo tão grande, muitas vezes o limite de massa da Terra de 5-10 previsto pela teoria? E em segundo lugar, com sua alta massa central - e conseqüente forte atração gravitacional - como ele evitou o acúmulo de um envelope gasoso significativo?

A equipe que estuda K2-25b achou o resultado surpreendente. "K2-25b é incomum, "disse Gudmundur Stefansson, um pós-doutorado na Universidade de Princeton, que liderou a equipe de pesquisa. De acordo com Stefansson, o exoplaneta é menor em tamanho do que Netuno, mas cerca de 1,5 vezes mais massivo. "O planeta é denso para seu tamanho e idade, em contraste com outros jovens, planetas de tamanho sub-Netuno que orbitam perto de sua estrela hospedeira, "disse Stefansson." Normalmente, esses mundos são observados como tendo baixas densidades - e alguns até têm atmosferas de evaporação estendidas. K2-25b, com as medidas em mãos, parece ter um núcleo denso, rochoso ou rico em água, com um envelope fino. "

Para explorar a natureza e origem do K2-25b, astrônomos determinaram sua massa e densidade. Embora o tamanho do exoplaneta tenha sido medido inicialmente com o satélite Kepler da NASA, a medição do tamanho foi refinada usando medições de alta precisão do Telescópio WIYN de 0,9 metros em KPNO e do telescópio de 3,5 metros no Observatório Apache Point (APO) no Novo México. As observações feitas com esses dois telescópios aproveitaram uma técnica simples, mas eficaz, desenvolvida como parte da tese de doutorado de Stefansson. A técnica usa um componente óptico inteligente chamado difusor projetado, que pode ser obtido na prateleira por cerca de US $ 500. Ele espalha a luz da estrela para cobrir mais pixels na câmera, permitindo que o brilho da estrela durante o trânsito do planeta seja medido com mais precisão, e resultando em uma medição de maior precisão do tamanho do planeta em órbita, entre outros parâmetros.

"O difusor inovador nos permitiu definir melhor a forma do trânsito e, assim, restringir ainda mais o tamanho, densidade e composição do planeta, "disse Jayadev Rajagopal, um astrônomo da NOIRLab que também esteve envolvido no estudo.

Por seu baixo custo, o difusor oferece um retorno científico descomunal. "Telescópios de menor abertura, quando equipado com tecnologia de ponta, mas barato, equipamentos podem ser plataformas para programas científicos de alto impacto, "explica Rajagopal." Fotometria muito precisa será necessária para explorar estrelas e planetas hospedeiros em conjunto com missões espaciais e aberturas maiores do solo, e esta é uma ilustração do papel que um modesto telescópio de 0,9 metros pode desempenhar nesse esforço. "

Graças às observações com os difusores disponíveis nos telescópios WIYN de 0,9 metros e APO de 3,5 metros, os astrônomos agora são capazes de prever com maior precisão quando o K2-25b transitará por sua estrela hospedeira. Considerando que os trânsitos anteriores só podiam ser previstos com uma precisão de tempo de 30-40 minutos, eles agora são conhecidos com uma precisão de 20 segundos. A melhoria é crítica para o planejamento de observações de acompanhamento com instalações como o Observatório Gemini internacional e o Telescópio Espacial James Webb.

Muitos dos autores deste estudo também estão envolvidos em outro projeto de caça a exoplanetas na KPNO:o espectrômetro NEID no telescópio WIYN de 3,5 metros. NEID permite aos astrônomos medir o movimento de estrelas próximas com extrema precisão - quase três vezes melhor do que a geração anterior de instrumentos de última geração - permitindo que eles detectem, determinar a massa de, e caracterizar exoplanetas tão pequenos quanto a Terra.