‘Extraordinariamente massivo’ – Astrônomos descobriram um planeta que não deveria existir

Pesquisadores da Penn State descobriram um planeta incomumente massivo, LHS 3154b, orbitando uma estrela anã ultrafria. Esta descoberta, que contradiz as teorias atuais, leva a uma reavaliação dos processos de formação de estrelas e planetas.

A descoberta de um planeta tão massivo em relação ao seu Sol põe em causa o que se entendia anteriormente sobre a formação dos planetas e dos seus sistemas solares, segundo investigadores da Penn State.

Em pesquisa publicada em 30 de novembro na revista CiênciasPesquisadores anunciaram a descoberta de um planeta com mais de 13 vezes a massa da Terra orbitando a estrela “ultrafria” LHS 3154, que por sua vez é nove vezes menos massiva que o Sol. A proporção entre a massa do planeta recém-descoberto e a de sua estrela hospedeira é mais de 100 vezes maior que a da Terra e do Sol.

Este vídeo é uma representação artística do sistema recém-descoberto, LHS 3154, que contém um planeta muito maior em relação ao seu Sol do que os modelos atuais prevêem. Crédito: Abigail Hope Minnich

Desafiando as teorias atuais

A descoberta revela o planeta mais massivo conhecido em órbita próxima em torno de uma estrela anã ultrafria, a estrela mais fria e de menor massa do Universo. Esta descoberta vai contra o que as teorias atuais prevêem sobre a formação de planetas em torno de estrelas pequenas e representa a primeira vez que um planeta com uma massa tão elevada foi observado orbitando uma estrela de baixa massa.

“Esta descoberta realmente mostra o quão pouco sabemos sobre o universo”, disse Suvrath Mahadevan, professor de astronomia e astrofísica na Penn State e coautor do artigo. “Não esperávamos um planeta tão massivo em torno de uma estrela de baixa massa.”

Representação artística de uma comparação coletiva entre LHS 3154, nossa Terra e nosso Sol. Crédito: Universidade Estadual da Pensilvânia

Formação de estrelas e planetas

Ele explicou que as estrelas são formadas a partir de grandes nuvens de gás e poeira. Após a formação de uma estrela, o gás e a poeira permanecem como discos de material orbitando a estrela recém-nascida, que podem eventualmente evoluir para planetas.

“Não se espera que o disco de formação planetária em torno da estrela de baixa massa LHS 3154 tenha massa sólida suficiente para formar este planeta”, disse Mahadevan. “Mas existe, por isso agora precisamos de reconsiderar a nossa compreensão de como os planetas e as estrelas se formam.”

Os pesquisadores da Penn State, Suvrath Mahadevan e Megan Delamere, explicam a descoberta de um planeta massivo orbitando uma pequena estrela. Crédito: Universidade Estadual da Pensilvânia

Detecção usando HPF

Os pesquisadores observaram o enorme planeta, chamado LHS 3154b, usando um espectrógrafo astronômico construído na Pensilvânia por uma equipe de cientistas liderada por Mahadevan. A ferramenta, chamada Habitable Zone Planet Finder, ou HPF, foi projetada para descobrir planetas orbitando as estrelas mais frias fora do nosso sistema solar com potencial para água líquida – um ingrediente chave para a vida – em suas superfícies.

Descobrindo planetas em torno de estrelas ultrafrias

Embora seja muito difícil detectar tais planetas em torno de estrelas como o nosso Sol, a baixa temperatura das estrelas ultrafrias significa que os planetas capazes de ter água líquida nas suas superfícies estão muito mais próximos da sua estrela do que a Terra e o Sol. Esta distância mais curta entre estes planetas e as suas estrelas, combinada com a menor massa das estrelas ultrafrias, resulta num sinal detectável anunciando a presença do planeta, explicou Mahadevan.

“Pense nisso como se uma estrela fosse uma fogueira. Quanto mais frio o fogo fica, mais perto você está do fogo para se manter aquecido, “Mahadevan disse.” O mesmo se aplica aos planetas. Se a estrela for mais fria, o planeta precisará estar mais próximo dessa estrela para ser quente o suficiente para conter água líquida. Se um planeta tem uma órbita suficientemente próxima da sua estrela ultrafria, podemos detectá-lo observando uma ligeira mudança na cor ou na luz do espectro da estrela à medida que é arrastada por um planeta em órbita.

Representação artística da possível visão do LHS 3154b em direção à sua estrela hospedeira de baixa massa. Dada a sua grande massa, o LHS 3154b provavelmente tem uma composição semelhante à de Netuno. Crédito: Penn State

Importância do HPF

Localizado no Telescópio Hobby-Eberly no Observatório McDonald, no Texas, o HPF fornece algumas das medições de maior resolução até hoje de sinais infravermelhos de estrelas próximas.

“Fazer a descoberta com o HPF foi muito especial, pois é um novo instrumento que concebemos, desenvolvemos e construímos desde o início com o propósito de observar populações planetárias desconhecidas em torno de estrelas de menor massa,” disse Gumundur Stefansson. NASA Sagan Fellow em Astrofísica Universidade de Princeton e o principal autor do artigo, que ajudou a desenvolver o HPF e trabalhou no estudo como estudante de pós-graduação na Penn State. “Estamos agora a colher os frutos, aprendendo aspectos novos e inesperados deste excitante grupo de planetas que orbitam algumas estrelas próximas.”

A ferramenta já rendeu informações importantes Descoberta e confirmação Stefansson explicou que existem novos planetas, mas a descoberta do planeta LHS 3154b superou todas as expectativas.

Reconsiderando as teorias de formação planetária

“Com base no trabalho de pesquisa existente com HPF e outros instrumentos, um objeto como o que descobrimos é provavelmente extremamente raro, por isso a sua descoberta foi realmente emocionante”, disse Megan Delamere, estudante de graduação em astronomia na Penn State e coautora da pesquisa. projeto. papel. “Nossas teorias atuais sobre a formação planetária têm dificuldade em explicar o que vemos.”

Delamere explicou que no caso do planeta massivo descoberto orbitando a estrela LHS 3154, o núcleo do planeta pesado inferido pelas medições da equipe exigiria uma quantidade maior de material sólido no disco do planeta do que os modelos atuais prevêem. A descoberta também levanta questões sobre a compreensão anterior da formação estelar, uma vez que a proporção entre massa e poeira e gás no disco circunstelar como o LHS 3154 — quando era jovem e em formação recente — deve ter sido dez vezes superior. Pelo que foi observado para formar um planeta massivo como o descoberto pela equipe.

“O que descobrimos fornece um caso de teste extremo para todas as teorias existentes de formação de planetas”, disse Mahadevan. “Foi exatamente para isso que construímos o HPF: descobrir como as estrelas mais comuns na nossa galáxia formam planetas — e para encontrar esses planetas.”

Referência: “Um Netuno-Massa Exoplaneta “Em órbita próxima em torno de uma estrela de baixa massa desafia modelos de formação” por 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 SJ Lane, Andrew J. Metcalf, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright e Gregory Zeman, 30 de novembro de 2023, Ciências.
doi: 10.1126/science.abo0233

Outros autores da Penn State no artigo são Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay e Jason Wright. Outros autores deste artigo são Joshua Wen, da Universidade de Princeton, Yamila Miguel, da Universidade de Leiden, Paul Robertson, da Universidade da Califórnia, Irvine, Ray Holcomb, da Universidade da Califórnia, e Shubham Kanodia, da Universidade da Califórnia. Instituição Carnegie para a CiênciaCaleb Kanias do Goddard Space Flight Center da NASA, Joe Neenan do Tata Fundamental Research Institute da Índia, Ryan Therrien do Carleton College, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endel e Gary Hill da Universidade do Texas em Austin, e Chad Bender da Universidade do Texas em Austin. Universidade do Arizona, Scott Diddams, Connor Frederick e Andrew Metcalf da Universidade do Colorado, Samuel Halvorson do Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia, Andrew Munson da Universidade do Arizona, Arpita Roy da Universidade Johns Hopkins, Christian Schwab da Universidade Macquarie na Austrália e Gregory Zeeman do Hobby Telescope.Eberly na Universidade do Texas em Austin.

Este trabalho foi financiado pelo Centro de Exoplanetas e Mundos Habitáveis ​​da Penn State, pelo Space Grant Consortium da Pensilvânia, pela Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço, pela National Science Foundation e pela Hysing-Simons Foundation.