De nouvelles observations détaillées avec les installations NOIRLab de NSF révèlent une jeune exoplanète, en orbite autour d’une jeune étoile dans l’amas des Hyades, qui est inhabituellement dense pour sa taille et son âge. Pesant 25 masses terrestres et légèrement furthermore petites que Neptune, l’existence de cette exoplanète est en contradiction avec les prédictions des principales théories de formation des planètes.



De nouvelles observations de l’exoplanète, connue sous le nom de K2-25b, faites avec le télescope WIYN de, 9 mètre à l’observatoire countrywide de Kitt Peak (KPNO), un programme du NOIRLab de la NSF, le télescope Passion-Eberly à l’observatoire McDonald et d’autres installations, soulèvent de nouvelles queries sur les théories actuelles de la formation des planètes [1]. L’exoplanète s’est avérée inhabituellement dense pour sa taille et son âge – ce qui soulève la issue de savoir comment elle a vu le jour. Les détails des résultats apparaissent dans The Astronomical Journal.

Légèrement moreover petit que Neptune, K2-25b orbite autour d’une étoile M-naine – le style d’étoile le moreover répandu dans la galaxie – en 3,5 jours. Le système planétaire est un membre de l’amas d’étoiles Hyades, un amas proche de jeunes étoiles en way de la constellation du Taureau. Le système a approximativement 600 thousands and thousands d’années et est situé à approximativement 150 années-lumière de la Terre.



Les planètes dont la taille se situe entre celles de la Terre et de Neptune sont des compagnons communs des étoiles de la Voie lactée, malgré le fait qu’aucune de ces planètes ne se trouve dans notre système solaire. Comprendre remark ces planètes « sous-Neptune » se forment et évoluent est une dilemma frontière dans les études des exoplanètes.

Les astronomes prédisent que les planètes géantes se forment en assemblant d’abord un modeste noyau de glace rocheuse de 5 à 10 fois la masse de la Terre, puis en s’enroulant dans une enveloppe gazeuse massive des centaines de fois la masse de la Terre. Le résultat est une géante gazeuse comme Jupiter. K2-25b brise toutes les règles de cette impression conventionnelle : avec une masse 25 fois supérieure à celle de la Terre et de taille modeste, K2-25b est presque entièrement noyau et très peu d’enveloppe gazeuse. Ces étranges propriétés posent deux énigmes aux astronomes. Premièrement, comment K2-25b a-t-il assemblé un noyau aussi grand, plusieurs fois la limite de masse terrestre 5-10 prédite par la théorie ? [2] Et deuxièmement, avec sa masse centrale élevée – et la forte power gravitationnelle qui en résulte – comment a-t-il pu éviter d’accumuler une enveloppe gazeuse importante ?

L’équipe étudiant K2-25b a trouvé le résultat surprenant. « Le K2-25b est inhabituel », a déclaré Gudmundur Stefansson, stagiaire postdoctoral à l’Université de Princeton, qui a dirigé l’équipe de recherche. Selon Stefansson, l’exoplanète est moreover petite que Neptune mais approximativement 1,5 fois in addition massive. « La planète est dense pour sa taille et son âge, contrairement à d’autres jeunes planètes de la taille inférieure à Neptune qui orbitent près de leur étoile hôte », a déclaré Stefansson. « Habituellement, on notice que ces mondes ont de faibles densités – et certains ont même des atmosphères d’évaporation étendues. K2-25b, avec les mesures en most important, semble avoir un noyau dense, rocheux ou riche en eau, avec une enveloppe mince.

Pour explorer la mother nature et l’origine du K2-25b, les astronomes ont déterminé sa masse et sa densité. Bien que la taille de l’exoplanète ait été initialement mesurée avec le satellite Kepler de la NASA, la mesure de la taille a été affinée à l’aide de mesures de haute précision du télescope WIYN de, 9 mètre à KPNO et du télescope de 3,5 mètres à l’Observatoire Apache Place (APO) au Nouveau-Mexique. Les observations faites avec ces deux télescopes ont profité d’une system basic mais efficace qui a été développée dans le cadre de la thèse de doctorat de Stefansson. La strategy utilise un composant optique intelligent appelé un diffuseur d’ingénierie, qui peut être obtenu dans le commerce pour environ 500 $. Il répartit la lumière de l’étoile pour couvrir as well as de pixels sur la caméra, ce qui permet de mesurer additionally précisément la luminosité de l’étoile pendant le transit de la planète et d’obtenir une mesure moreover précise de la taille de la planète en orbite, entre autres. paramètres [3].

« Le diffuseur innovant nous a permis de mieux définir la forme du transit et ainsi de limiter davantage la taille, la densité et la composition de la planète », a déclaré Jayadev Rajagopal, astronome à NOIRLab qui a également participé à l’étude.

Pour son faible coût, le diffuseur offre un retour scientifique hors normes. « Les télescopes à plus petite ouverture, lorsqu’ils sont équipés d’un équipement de pointe, mais peu coûteux, peuvent être des plates-formes pour des programmes scientifiques à fort impact », explique Rajagopal. et ceci est une illustration du rôle qu’un télescope de taille modeste de, 9 mètre peut jouer dans cet work. »

Grâce aux observations avec les diffuseurs disponibles sur les télescopes WIYN, 9 mètres et APO 3,5 mètres, les astronomes sont désormais en mesure de prédire avec additionally de précision quand K2-25b transitera par son étoile hôte. Alors qu’avant les transits ne pouvaient être prédits qu’avec une précision temporelle de 30 à 40 minutes, ils sont désormais connus avec une précision de 20 secondes. L’amélioration est essentielle à la planification des observations de suivi avec des installations telles que l’observatoire international Gemini et le télescope spatial James Webb[4].

De nombreux auteurs de cette étude sont également impliqués dans un autre projet de chasse aux exoplanètes au KPNO : le spectromètre NEID sur le télescope WIYN de 3,5 mètres. NEID permet aux astronomes de mesurer le mouvement des étoiles proches avec une extrême précision – environ trois fois mieux que la génération précédente d’instruments de pointe – leur permettant de détecter, de déterminer la masse et de caractériser des exoplanètes aussi petites que Terre.

Remarques

[1] La planète a été détectée à l’origine par Kepler en 2016. Des observations détaillées pour cette étude ont été effectuées à l’aide du détecteur de planète de la zone habitable sur le télescope Passion-Eberly de 11 mètres à l’observatoire McDonald.

[2] La prédiction de la théorie est qu’une fois que les planètes ont formé un noyau de 5 à 10 masses terrestres, elles commencent à accumuler du gaz à la spot: as well as aucun matériau rocheux n’est ajouté.

[3] Les diffuseurs ont été utilisés pour la première fois pour les observations d’exoplanètes en 2017.

[4] GHOST, sur Gemini South, sera utilisé pour réaliser la spectroscopie de transit des exoplanètes trouvées par Kepler et TESS. Leur liste cible comprend l’étoile K2-25.