Nuevas observaciones detalladas con las instalaciones NOIRLab de NSF revelan un exoplaneta joven, orbitando una estrella joven en el cúmulo de las Híades, que es inusualmente denso para su tamaño y edad. Con un peso de 25 masas terrestres, y un poco más pequeño que Neptuno, La existencia de este exoplaneta está en desacuerdo con las predicciones de las principales teorías de formación de planetas.

Nuevas observaciones del exoplaneta, conocido como K2-25b, hecho con el telescopio WIYN de 0,9 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak (KPNO), un programa de NOIRLab de NSF, el Telescopio Hobby-Eberly en el Observatorio McDonald y otras instalaciones, plantear nuevas preguntas sobre las teorías actuales sobre la formación de planetas. Se ha descubierto que el exoplaneta es inusualmente denso para su tamaño y edad, lo que plantea la cuestión de cómo llegó a existir. Los detalles de los hallazgos aparecen en El diario astronómico .

Ligeramente más pequeño que Neptuno, K2-25b orbita una estrella enana M, el tipo de estrella más común en la galaxia, en 3,5 días. El sistema planetario es un miembro del cúmulo estelar de Hyades, un cúmulo cercano de estrellas jóvenes en dirección a la constelación de Tauro. El sistema tiene aproximadamente 600 millones de años, y se encuentra a unos 150 años luz de la Tierra.

Los planetas con tamaños entre los de la Tierra y Neptuno son compañeros comunes de las estrellas en la Vía Láctea. a pesar de que no se encuentran tales planetas en nuestro Sistema Solar. Comprender cómo se forman y evolucionan estos planetas "subneptuno" es una cuestión de frontera en los estudios de exoplanetas.

Los astrónomos predicen que los planetas gigantes se forman primero ensamblando un modesto núcleo de roca y hielo de 5 a 10 veces la masa de la Tierra y luego envolviéndose en una envoltura gaseosa masiva cientos de veces la masa de la Tierra. El resultado es un gigante gaseoso como Júpiter. K2-25b rompe todas las reglas de esta imagen convencional:con una masa 25 veces mayor que la de la Tierra y un tamaño modesto, K2-25b es casi todo núcleo y muy poca envoltura gaseosa. Estas extrañas propiedades plantean dos enigmas para los astrónomos. Primero, ¿Cómo ensambló K2-25b un núcleo tan grande? muchas veces el límite de masa terrestre de 5-10 predicho por la teoría? Y segundo, con su gran masa de núcleo, y la consiguiente fuerte atracción gravitacional, ¿cómo evitó la acumulación de una envoltura gaseosa significativa?

El equipo que estudió K2-25b encontró el resultado sorprendente. "K2-25b es inusual, "dijo Gudmundur Stefansson, becario postdoctoral en la Universidad de Princeton, quien dirigió el equipo de investigación. Según Stefansson, el exoplaneta es más pequeño que Neptuno pero aproximadamente 1,5 veces más masivo. "El planeta es denso para su tamaño y edad, a diferencia de otros jóvenes, planetas del tamaño de subneptuno que orbitan cerca de su estrella anfitriona, ", dijo Stefansson." Por lo general, se observa que estos mundos tienen densidades bajas, y algunos incluso tienen atmósferas de evaporación extendidas. K2-25b, con las medidas en la mano, parece tener un núcleo denso, ya sea rocoso o rico en agua, con un sobre fino ".

Para explorar la naturaleza y el origen de K2-25b, los astrónomos determinaron su masa y densidad. Aunque el tamaño del exoplaneta se midió inicialmente con el satélite Kepler de la NASA, la medición del tamaño se refinó utilizando mediciones de alta precisión del telescopio WIYN de 0,9 metros en KPNO y el telescopio de 3,5 metros del Observatorio Apache Point (APO) en Nuevo México. Las observaciones realizadas con estos dos telescopios aprovecharon una técnica simple pero eficaz que se desarrolló como parte de la tesis doctoral de Stefansson. La técnica utiliza un componente óptico inteligente llamado Difusor diseñado, que se puede obtener en el estante por alrededor de $ 500. Difunde la luz de la estrella para cubrir más píxeles en la cámara, permitir que el brillo de la estrella durante el tránsito del planeta se mida con mayor precisión, y resulta en una medición de mayor precisión del tamaño del planeta en órbita, entre otros parámetros.

"El innovador difusor nos permitió definir mejor la forma del tránsito y, por lo tanto, restringir aún más el tamaño, densidad y composición del planeta, "dijo Jayadev Rajagopal, un astrónomo de NOIRLab que también participó en el estudio.

Por su bajo costo, el difusor ofrece un rendimiento científico descomunal. "Telescopios de menor apertura, cuando está equipado con lo último en tecnología, pero barato, los equipos pueden ser plataformas para programas científicos de alto impacto, ", explica Rajagopal." Se necesitará una fotometría muy precisa para explorar estrellas y planetas anfitriones en conjunto con misiones espaciales y aperturas más grandes desde el suelo, y esto es una ilustración del papel que puede desempeñar un telescopio de 0,9 metros de tamaño modesto en ese esfuerzo ".

Gracias a las observaciones con los difusores disponibles en los telescopios WIYN de 0,9 metros y APO de 3,5 metros, Los astrónomos ahora pueden predecir con mayor precisión cuándo K2-25b transitará por su estrella anfitriona. Mientras que antes los tránsitos solo podían predecirse con una precisión de tiempo de 30 a 40 minutos, ahora se conocen con una precisión de 20 segundos. La mejora es fundamental para planificar las observaciones de seguimiento con instalaciones como el Observatorio internacional Gemini y el Telescopio espacial James Webb.

Muchos de los autores de este estudio también están involucrados en otro proyecto de búsqueda de exoplanetas en KPNO:el espectrómetro NEID en el telescopio WIYN de 3.5 metros. NEID permite a los astrónomos medir el movimiento de estrellas cercanas con extrema precisión, aproximadamente tres veces mejor que la generación anterior de instrumentos de última generación, lo que les permite detectar, determinar la masa de, y caracterizar exoplanetas tan pequeños como la Tierra.