‘Insolitamente massiccio’ – Gli astronomi hanno scoperto un pianeta che non dovrebbe esistere

I ricercatori della Penn State hanno scoperto un pianeta insolitamente massiccio, LHS 3154b, in orbita attorno a una stella nana ultrafredda. Questa scoperta, che contraddice le teorie attuali, spinge a riconsiderare i processi di formazione delle stelle e dei pianeti.

Secondo i ricercatori della Penn State, la scoperta di un pianeta così massiccio rispetto al suo sole mette in discussione ciò che si sapeva in precedenza sulla formazione dei pianeti e dei loro sistemi solari.

In una ricerca pubblicata il 30 novembre sulla rivista ScienzeI ricercatori hanno annunciato la scoperta di un pianeta con una massa superiore a 13 volte quella della Terra in orbita attorno alla stella “ultra-fredda” LHS 3154, che a sua volta è nove volte meno massiccia del Sole. Il rapporto tra la massa del pianeta appena scoperto e la sua stella ospite è più di 100 volte superiore a quello della Terra e del Sole.

Questo video è una rappresentazione artistica del sistema appena scoperto, LHS 3154, che contiene un pianeta molto più grande rispetto al suo sole di quanto previsto dai modelli attuali. Credito: Abigail Hope Minnich

Sfidare le teorie attuali

La scoperta rivela il pianeta più massiccio conosciuto in orbita stretta attorno a una stella nana ultrafredda, la stella più fredda e di massa più bassa dell’universo. Questa scoperta va contro ciò che le attuali teorie prevedono sulla formazione dei pianeti attorno a piccole stelle e rappresenta la prima volta che un pianeta con una massa così elevata è stato osservato in orbita attorno a una stella di piccola massa.

“Questa scoperta dimostra davvero quanto poco sappiamo dell’universo”, ha affermato Suvrath Mahadevan, professore di astronomia e astrofisica alla Penn State e coautore dell’articolo. “Non ci aspettavamo un pianeta così massiccio attorno a una stella di piccola massa”.

Rappresentazione artistica di un confronto collettivo tra LHS 3154, la nostra Terra e il nostro Sole. Credito: Pennsylvania State University

Formazione di stelle e pianeti

Ha spiegato che le stelle sono formate da grandi nubi di gas e polvere. Dopo la formazione di una stella, gas e polvere rimangono come dischi di materiale in orbita attorno alla stella neonata, che alla fine può evolversi in pianeti.

“Non si prevede che il disco di formazione planetaria attorno alla stella di piccola massa LHS 3154 abbia abbastanza massa solida per formare questo pianeta”, ha detto Mahadevan. “Ma esiste, quindi ora dobbiamo riconsiderare la nostra comprensione di come si formano i pianeti e le stelle”.

I ricercatori della Penn State Suvrath Mahadevan e Megan Delamere spiegano la scoperta di un enorme pianeta in orbita attorno a una piccola stella. Credito: Pennsylvania State University

Rilevamento tramite HPF

I ricercatori hanno osservato il massiccio pianeta, chiamato LHS 3154b, utilizzando uno spettrografo astronomico costruito in Pennsylvania da un team di scienziati guidati da Mahadevan. Lo strumento, chiamato Habitable Zone Planet Finder, o HPF, è progettato per scoprire pianeti in orbita attorno alle stelle più fredde al di fuori del nostro sistema solare con il potenziale per la presenza di acqua liquida – un ingrediente chiave per la vita – sulle loro superfici.

Alla scoperta di pianeti attorno a stelle ultrafredde

Sebbene sia molto difficile individuare tali pianeti attorno a stelle come il nostro Sole, la bassa temperatura delle stelle ultrafredde significa che i pianeti capaci di avere acqua liquida sulla loro superficie sono molto più vicini alla loro stella rispetto alla Terra e al Sole. Questa distanza più breve tra questi pianeti e le loro stelle, combinata con la massa inferiore delle stelle ultrafredde, si traduce in un segnale rilevabile che annuncia la presenza del pianeta, ha spiegato Mahadevan.

“Pensalo come se una stella fosse un falò. Più il fuoco diventa freddo, più sei vicino a quel fuoco per stare al caldo”, ha detto Mahadevan. “Lo stesso vale per i pianeti. Se la stella è più fredda, il pianeta dovrà essere più vicino ad essa se vuole essere abbastanza caldo da contenere acqua liquida. Se un pianeta ha un’orbita abbastanza vicina alla sua stella ultrafredda, possiamo rilevarlo osservando un leggerissimo cambiamento nel colore o nella luce degli spettri della stella mentre viene trascinata da un pianeta in orbita.

Rappresentazione artistica della possibile vista da LHS 3154b verso la sua stella ospite di piccola massa. Data la sua grande massa, LHS 3154b ha probabilmente una composizione simile a Nettuno. Credito: Penn State

Importanza dell’HPF

Situato presso il telescopio Hobby-Eberly presso l’Osservatorio McDonald in Texas, l’HPF fornisce alcune delle misurazioni con la risoluzione più alta fino ad oggi dei segnali infrarossi provenienti dalle stelle vicine.

“Fare la scoperta con l’HPF è stato molto speciale, poiché si tratta di un nuovo strumento che abbiamo progettato, sviluppato e costruito da zero allo scopo di osservare popolazioni planetarie sconosciute attorno a stelle di massa inferiore”, ha affermato Gumundur Stefansson. NASA Sagan Fellow in Astrofisica università di Princeton e l’autore principale dell’articolo, che ha contribuito a sviluppare l’HPF e ha lavorato allo studio come studente laureato alla Penn State. “Ora stiamo raccogliendo i frutti, apprendendo aspetti nuovi e inaspettati di questo entusiasmante gruppo di pianeti in orbita attorno ad alcune stelle vicine”.

Lo strumento ha già fornito informazioni importanti Scoperta e conferma Stefansson ha spiegato che esistono nuovi pianeti, ma la scoperta del pianeta LHS 3154b ha superato ogni aspettativa.

Riconsiderare le teorie sulla formazione dei pianeti

“Sulla base del lavoro di indagine esistente con HPF e altri strumenti, un oggetto come quello che abbiamo scoperto è probabilmente estremamente raro, quindi la sua scoperta è stata davvero emozionante”, ha affermato Megan Delamere, una studentessa laureata in astronomia alla Penn State e coautrice della ricerca. progetto. carta. “Le nostre attuali teorie sulla formazione planetaria hanno difficoltà a spiegare ciò che vediamo”.

Delamere ha spiegato che nel caso del massiccio pianeta scoperto in orbita attorno alla stella LHS 3154, il nucleo del pianeta pesante dedotto dalle misurazioni del team richiederebbe una maggiore quantità di materiale solido nel disco del pianeta rispetto a quanto previsto dai modelli attuali. La scoperta solleva anche interrogativi sulla comprensione precedente della formazione stellare, poiché il rapporto tra massa e polvere e gas nel disco circumstellare come LHS 3154 – quando era giovane e in fase di formazione – deve essere stato dieci volte superiore. Da quanto osservato si è formato un pianeta enorme come quello scoperto dal team.

“Ciò che abbiamo scoperto fornisce un banco di prova estremo per tutte le teorie esistenti sulla formazione dei pianeti”, ha affermato Mahadevan. “Questo è esattamente ciò per cui abbiamo costruito l’HPF, scoprire come le stelle più comuni nella nostra galassia formano i pianeti – e trovare quei pianeti”.

Riferimento: “A Nettuno-Massa Pianeta extrasolare “In orbita stretta attorno a una stella di piccola massa sfida i modelli di formazione” di Gumundur Stefansson, Suvrath Mahadevan, Yamila Miguel, Paul Robertson, Megan Delamere, Shubham Kanodia, Caleb I. Kanias, Joshua N. Wynn, Joe B. Neenan, Ryan C. Therrien, Ray Holcomb, Eric B. Ford, Brianna Zawadzki, Brendan B. Bowler, Chad F. Bender, William D. Cochran, Scott Diddams, Michael Endell, Connor Frederick, Samuel Halverson, Fred Harty, Gary J. Hill, Andrea S. J. Lane, Andrew J. Metcalfe, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright e Gregory Zeman, 30 novembre 2023, Scienze.
doi: 10.1126/science.abo0233

Altri autori della Penn State sull’articolo sono Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay e Jason Wright. Altri autori di questo articolo sono Joshua Wen dell’Università di Princeton, Yamila Miguel dell’Università di Leiden, Paul Robertson dell’Università della California, Irvine, Ray Holcomb dell’Università della California e Shubham Kanodia dell’Università della California. Carnegie Institution per la scienzaCaleb Kanias del Goddard Space Flight Center della NASA, Joe Neenan del Tata Fundamental Research Institute dell’India, Ryan Therrien del Carleton College, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endel e Gary Hill dell’Università del Texas ad Austin e Chad Bender dell’Università del Texas ad Austin. dell’Università dell’Arizona, Scott Diddams, Connor Frederick e Andrew Metcalf dell’Università del Colorado, Samuel Halvorson del Jet Propulsion Laboratory del California Institute of Technology, Andrew Munson dell’Università dell’Arizona, Arpita Roy della Johns Hopkins University, Christian Schwab dell’Università Macquarie University in Australia e Gregory Zeeman dell’Hobby Telescope ed Eberly presso l’Università del Texas ad Austin.

Questo lavoro è stato finanziato dal Center for Exoplanets and Habitable Worlds della Penn State, dallo Space Grant Consortium della Pennsylvania, dalla National Aeronautics and Space Administration, dalla National Science Foundation e dalla Hysing-Simons Foundation.