Novas observações detalhadas revelam um jovem exoplaneta em órbita de uma jovem estrela, que é incomumente denso para o seu tamanho e idade.
© NOIRLab/J. Pollard (ilustração do exoplaneta K2-25b)
Com 25 massas terrestres, e ligeiramente menor que Netuno, a existência deste exoplaneta desafia as previsões das principais teorias de formação planetária.
Novas observações do exoplaneta, conhecido como K2-25b, feitas com o telescópio WIYN de 0,9 metros no Observatório de Kitt Peak, um programa do NOIRLab, com o telescópio Hobby-Eberly do Observatório McDonald e com outras instalações, levantam novas questões sobre as teorias atuais de formação planetária. O exoplaneta é excepcionalmente denso para o seu tamanho e idade, levantando a questão de como consegue existir.
Ligeiramente menor que Netuno e 1,5 vezes mais massivo, K2-25b orbita uma estrela anã M, o tipo estelar mais comum na Galáxia, em 3,5 dias. O sistema planetário é membro do aglomerado de estrelas das Híades, 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.
Os planetas com tamanhos entre a Terra e Netuno são companheiros comuns de estrelas da Via Láctea, apesar do fato de que tais planetas não são encontrados no nosso Sistema Solar. Compreender como estes "sub-Netunos" se formam e evoluem é uma questão extremamente importante no estudo exoplanetário.
Os astrônomos preveem que os planetas gigantes se formam primeiro montando um núcleo modesto de rocha-gelo com 5 a 10 vezes a massa da Terra e, em seguida, envolvem-se num enorme invólucro gasoso com 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 equivalente a 25 Terras e modesto em tamanho, sendo quase todo constituído pelo núcleo e muito pouco invólucro gasoso. Estas propriedades estranhas representam dois quebra-cabeças para os astrônomos. Primeiro, como é que o K2-25b "montou" um núcleo tão grande, muitas vezes o limite de 5 a 10 massas terrestres previsto pela teoria? A previsão teórica diz que assim que os planetas formem um núcleo com 5 a 10 vezes a massa da Terra, começam ao invés a acretar gás: muito pouco material rochoso é acrescentado depois disso. E em segundo lugar, com a alta massa do seu núcleo, e consequente forte atração gravitacional, como é que evitou acumular um invólucro gasoso significativo?
Normalmente, estes exoplanetas apresentam baixas densidades, e alguns até têm atmosferas estendidas em evaporação. O K2-25b, com estas medições, parece ter um núcleo denso, rochoso ou rico em água, com um invólucro fino.
Para explorar a natureza e origem do K2-25b, foi determinada a 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 no Observatório Kitt Peak e com o telescópio de 3,5 metros do Observatório de Apache Point. As observações feitas com estes dois telescópios aproveitaram uma técnica simples, mas eficaz. A técnica usa um componente óptico inteligente chamado "Engineered Diffuser", que pode ser facilmente comprado por aproximadamente 500 dólares. O componente espalha a luz da estrela para cobrir mais pixels na câmara, permitindo que o brilho da estrela durante o trânsito do planeta seja medido com mais precisão e resultando numa medição mais sensível do tamanho do planeta em órbita, entre outros parâmetros.
Será necessária fotometria muito precisa para explorar estrelas hospedeiras e planetas em conjunto com missões espaciais e maiores aberturas no solo, e esta é uma ilustração da função que um telescópio de tamanho modesto, 0,9 metros, pode desempenhar neste esforço.
Graças às observações com os difusores disponíveis no telescópio WIYN e no telescópio do Observatório de Apache Point, os astrônomos agora são capazes de prever com maior precisão quando K2-25b transita pela sua estrela hospedeira. Enquanto antes os trânsitos só podiam ser previstos com uma precisão de 30 a 40 minutos, 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 e o telescópio espacial James Webb.
Um projeto de caça exoplanetária no Observatório Kitt Peak é o espectrômetro NEID no telescópio WIYN de 3,5 metros. O NEID permite que os astrônomos meçam o movimento de estrelas próximas com extrema precisão, quase três vezes mais do que a geração anterior de instrumentos de última geração, permitindo a detecção, a determinação da massa e a caracterização de exoplanetas tão pequenos quanto a Terra.
Os detalhes serão publicados no periódico The Astronomical Journal.
Fonte: McDonald Observatory
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