A descoberta do exoplaneta super fofo “algodão doce” choca os cientistas – “Não podemos explicar como este planeta se formou”

Os astrônomos descobriram um planeta enorme e de baixa densidade chamado WASP-193b, que é 50% maior. Quinta-feira Mas é denso como algodão doce. A descoberta desafia as teorias atuais sobre a formação de planetas, uma vez que os cientistas não conseguem explicar como tal planeta se formaria.

Os astrônomos descobriram um excêntrico gigante e fofo de um planeta orbitando uma estrela distante. via Láctea Galáxia. A descoberta foi relatada na revista de 14 de maio Astronomia Natural Por pesquisadores de comNa Universidade de Liège, na Bélgica, e noutros locais, contém uma chave promissora para o mistério de como se formam estes planetas gigantes e superleves.

O novo planeta, denominado WASP-193b, parece diminuído em relação ao tamanho de Júpiter, embora tenha apenas uma fração da sua densidade. Os cientistas estimam que o gigante gasoso seja 50% maior que Júpiter e um décimo mais denso – a densidade mais baixa, comparável ao algodão doce.

WASP-193b é o segundo planeta mais leve descoberto até hoje, depois do menor planeta. Netuno– Como o mundo, Kepler 51D. O tamanho do novo planeta, combinado com a sua densidade superleve, torna o WASP-193b o mais estranho dos mais de 5.400 planetas descobertos até hoje.

“É muito raro encontrar estes objetos gigantes com densidades tão pequenas”, diz o principal autor do estudo e pós-doutorando do MIT, Khaled Barghoui. “Existe uma classe de planetas chamados Júpiteres buffy, e o que eles são tem sido um mistério há 15 anos. E este é um caso extremo dessa classe.”

“Não sabemos onde colocar este planeta entre todas as teorias de formação que temos agora, porque está fora de todas elas”, diz o co-autor Francisco Pozuelos, investigador sénior do Instituto Astrofísico da Andaluzia. Na Espanha. “Não podemos explicar como este planeta se formou com base em modelos evolutivos clássicos. Observar mais de perto a sua atmosfera permitir-nos-á derivar o caminho evolutivo do planeta.

Os coautores do estudo no MIT incluem Julian de Wit, professor assistente do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT, e o pós-doutorado do MIT Artem Burdanov, juntamente com colaboradores de várias instituições em toda a Europa.

Impressão artística do sistema WASP-193b. Crédito: Universidade de Liège

“Uma reviravolta interessante”

O novo planeta foi inicialmente descoberto pela Wide Angle Search for Planets, ou WASP – uma colaboração internacional de instituições académicas que opera dois observatórios robóticos em conjunto, um no hemisfério norte e outro no sul. Cada observatório utiliza uma série de câmeras grande angulares para medir o brilho de milhares de estrelas individuais em todo o céu.

Em pesquisas realizadas entre 2006 e 2008, e novamente em 2011 e 2012, o Observatório WASP-South detectou explosões periódicas, ou quedas, na luz de WASP-193, uma estrela próxima e brilhante, semelhante ao Sol, localizada a 1.232 anos-luz da Terra. . Os astrónomos determinaram que o brilho da estrela diminui com o tempo, com um planeta orbitando a estrela a cada 6,25 dias e bloqueando a sua luz. Os cientistas mediram a quantidade total de luz bloqueada em cada trânsito do planeta, dando uma estimativa do tamanho gigante do planeta, super-Júpiter.

Os astrónomos tentaram então deduzir a massa do planeta – o que revelaria a sua densidade e forneceria pistas sobre a sua composição. Para obter uma estimativa da massa, os astrónomos normalmente usam a velocidade radial, uma técnica na qual os cientistas analisam o espectro de uma estrela, ou diferentes comprimentos de onda da luz, à medida que um planeta orbita a estrela. O espectro de uma estrela pode ser alterado de maneiras específicas, dependendo do que está atraindo a estrela, como um planeta em órbita. Quanto mais massivo for um planeta e quanto mais próximo estiver da sua estrela, mais o seu espectro pode mudar – dando aos cientistas uma ideia da massa de um planeta.

Para WASP-193 b, os astrónomos obtiveram espectros adicionais de alta resolução da estrela obtidos por vários telescópios terrestres e tentaram usar a velocidade radial para calcular a massa do planeta. Mas eles continuaram aparecendo vazios – precisamente, como se viu, o planeta era tão leve que não havia nenhum puxão detectável em sua estrela.

“Em geral, é mais fácil detectar planetas massivos porque eles geralmente são massivos e causam um grande arrasto em suas estrelas”, explica De Wit. “Mas o mais complicado deste planeta é que, apesar de ser grande – mesmo grande – a sua massa e densidade são tão baixas que foi realmente difícil de detectar com a técnica da velocidade radial. Foi uma reviravolta interessante.

“[WASP-193b] É tão leve que foram necessários quatro anos para coletar os dados e mostrar que havia um sinal de massa, mas na verdade é muito pequeno”, diz Barghoui.

“Tivemos uma densidade muito baixa no início, o que foi muito difícil de acreditar no início”, acrescenta Pozuelos. “Isso é muito raro porque repetimos todo o processo de análise de dados várias vezes para ter certeza de que esta é a verdadeira densidade do planeta”.

Um mundo inflável

No final das contas, a equipe confirmou que o planeta era muito leve. Eles calcularam que sua massa era 0,14 da de Júpiter. Sua densidade, derivada de sua massa, era de cerca de 0,059 gramas por centímetro cúbico. Júpiter, por outro lado, tem cerca de 1,33 gramas por centímetro cúbico; E a Terra é mais pesada, com 5,51 gramas por centímetro cúbico. O algodão doce, com uma densidade de cerca de 0,05 gramas por centímetro cúbico, é o material mais próximo em densidade de um planeta novo e inchado.

“O planeta é tão leve que é difícil pensar num objeto homogêneo e de estado sólido”, diz Barghoui. “A razão pela qual está tão próximo do algodão doce é que ambos são compostos principalmente de gases leves em vez de sólidos. O planeta é basicamente muito fofo.

Tal como outros gigantes gasosos da galáxia, os investigadores suspeitam que o novo planeta é composto maioritariamente por hidrogénio e hélio. No caso do WASP-193b, estes gases poderiam formar uma grande atmosfera ventosa que se estende por dezenas de milhares de quilómetros para além da própria atmosfera de Júpiter. Até que ponto um planeta pode acumular enquanto mantém uma densidade de superluz é uma questão que nenhuma teoria existente sobre a formação de planetas pode ainda responder.

Para obter uma imagem melhor do novo mundo esponjoso, a equipe planeja usar a técnica de Wit desenvolvida anteriormente para obter primeiro algumas propriedades da atmosfera do planeta, como temperatura, composição e pressão em várias profundidades. Estas características podem ser usadas para calcular com precisão a massa do planeta. Por enquanto, a equipe vê observatórios como o WASP-193b como bons candidatos para um estudo de acompanhamento. O Telescópio Espacial James Webb.

“Quanto maior for a atmosfera de um planeta, mais luz poderá passar”, diz De Wit. “Portanto, está claro que este planeta é um dos melhores alvos para estudar os efeitos atmosféricos. Pode ser uma pedra de Roseta para tentar resolver o mistério do inchado Júpiter.”

Referência: “Uma atmosfera estendida de baixa densidade em torno do planeta WASP-193 b do tamanho de Júpiter” Khaled Bargoui, Francisco J. Posuelos, Goel Hellyer, Barry Smalley, Louis D. Nielsen, Brajval Niravla, Michael Gillan, Julian de Wit, Simon Muller, Carolyn Dorn, Ravit Held, Emmanuel Zehin, Bryce-Oliver Demory, Valerie van Grudel, Abdelrahmane Soubkio, Mourad Kachoi, David. R. Andersen, Zuhair Benkaltoun, François Bouchy, Artem Bardanov, Letitia Delres, Elsa Ducrot, Lionel Garcia, Abdelhadi Zabri, Monica Lendel, Pierre FL Maxtedt, Catriona A. Murray, Peter Bihlman Pederston, Dearly Kuelbachen, Dearly, Dearly, Stephen Woodry, Mathilde Timmermans, Amuri HMJ Dryad e Richard G. Oeste, 14 de maio, Astronomia Natural.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia do Reino Unido para Universidades da Commonwealth e WASP; Conselho Europeu de Investigação; Confederação Valónia-Bruxelas; e a Fundação Heising-Simons, Colin e Leslie Masson, e Peter A. Gilman, que apoiam o Artemis e outros telescópios SPECULOOS.