‘Inusualmente masivo’: los astrónomos han descubierto un planeta que no debería existir

Investigadores de Penn State han descubierto un planeta inusualmente masivo, LHS 3154b, que orbita una estrella enana ultrafría. Este descubrimiento, que contradice las teorías actuales, impulsa una reevaluación de los procesos de formación de estrellas y planetas.

El descubrimiento de un planeta tan masivo en relación con su sol pone en duda lo que se entendía anteriormente sobre la formación de los planetas y sus sistemas solares, según investigadores de Penn State.

En una investigación publicada el 30 de noviembre en la revista CienciasLos investigadores han anunciado el descubrimiento de un planeta con más de 13 veces la masa de la Tierra orbitando la estrella «ultrafría» LHS 3154, que a su vez es nueve veces menos masiva que el Sol. La relación entre la masa del planeta recién descubierto y su estrella anfitriona es más de 100 veces mayor que la de la Tierra y el Sol.

Este vídeo es una representación artística del sistema recién descubierto, LHS 3154, que contiene un planeta mucho más grande en relación con su sol de lo que predicen los modelos actuales. Crédito: Abigail Hope Minnich

Desafiando las teorías actuales

El descubrimiento revela el planeta más masivo conocido en órbita cercana alrededor de una estrella enana ultrafría, la estrella de menor masa y más fría del universo. Este descubrimiento va en contra de lo que predicen las teorías actuales sobre la formación de planetas alrededor de estrellas pequeñas, y representa la primera vez que se observa un planeta con una masa tan alta orbitando una estrella de baja masa.

«Este descubrimiento realmente demuestra lo poco que sabemos sobre el universo», dijo Suvrath Mahadevan, profesor de astronomía y astrofísica en Penn State y coautor del artículo. «No esperábamos un planeta tan masivo alrededor de una estrella de baja masa».

Representación artística de una comparación colectiva entre LHS 3154, nuestra Tierra y nuestro Sol. Crédito: Universidad Estatal de Pensilvania

Formación de estrellas y planetas.

Explicó que las estrellas se forman a partir de grandes nubes de gas y polvo. Después de que se forma una estrella, el gas y el polvo permanecen como discos de material que orbitan alrededor de la estrella recién nacida, que eventualmente pueden evolucionar hasta convertirse en planetas.

«No se espera que el disco de formación de planetas alrededor de la estrella de baja masa LHS 3154 tenga suficiente masa sólida para formar este planeta», dijo Mahadevan. «Pero existe, por lo que ahora necesitamos reconsiderar nuestra comprensión de cómo se forman los planetas y las estrellas».

Los investigadores de Penn State, Suvrath Mahadevan y Megan Delamere, explican el descubrimiento de un planeta masivo orbitando una pequeña estrella. Crédito: Universidad Estatal de Pensilvania

Detección mediante HPF

Los investigadores observaron el enorme planeta, llamado LHS 3154b, utilizando un espectrógrafo astronómico construido en Pensilvania por un equipo de científicos dirigido por Mahadevan. La herramienta, llamada Habitable Zone Planet Finder, o HPF, está diseñada para descubrir planetas que orbitan las estrellas más frías fuera de nuestro sistema solar con potencial para contener agua líquida, un ingrediente clave para la vida, en sus superficies.

Descubriendo planetas alrededor de estrellas ultrafrías

Si bien es muy difícil detectar planetas de este tipo alrededor de estrellas como nuestro Sol, la baja temperatura de las estrellas ultrafrías significa que los planetas capaces de tener agua líquida en sus superficies están mucho más cerca de su estrella que la Tierra y el Sol. Esta distancia más corta entre estos planetas y sus estrellas, combinada con la menor masa de las estrellas ultrafrías, da como resultado una señal detectable que anuncia la presencia del planeta, explicó Mahadevan.

«Piensa en ello como si una estrella fuera una fogata. Cuanto más frío se vuelve el fuego, más cerca estás de ese fuego para mantenerte caliente», dijo Mahadevan. «Lo mismo ocurre con los planetas. Si la estrella es más fría, el planeta necesitará estar más cerca de esa estrella para que esté lo suficientemente caliente como para contener agua líquida. Si un planeta tiene una órbita lo suficientemente cercana a su estrella ultrafría, podemos detectarlo viendo un cambio muy leve en el color o la luz del espectro de la estrella mientras es arrastrada por un planeta en órbita.

Representación artística de la posible vista desde LHS 3154b hacia su estrella anfitriona de baja masa. Dada su gran masa, es probable que LHS 3154b tenga una composición similar a la de Neptuno. Crédito: Estado de Pensilvania

Importancia del HPF

Ubicado en el Telescopio Hobby-Eberly del Observatorio McDonald en Texas, el HPF proporciona algunas de las mediciones de mayor resolución hasta la fecha de señales infrarrojas de estrellas cercanas.

«Hacer el descubrimiento con el HPF fue muy especial, ya que es un nuevo instrumento que diseñamos, desarrollamos y construimos desde cero con el propósito de observar poblaciones planetarias desconocidas alrededor de estrellas de menor masa», dijo Gumundur Stefansson. NASA Becario Sagan en Astrofísica Universidad de Princeton y el autor principal del artículo, quien ayudó a desarrollar el HPF y trabajó en el estudio como estudiante de posgrado en Penn State. «Ahora estamos cosechando los frutos, aprendiendo aspectos nuevos e inesperados de este apasionante grupo de planetas que orbitan alrededor de algunas estrellas cercanas».

La herramienta ya ha arrojado información importante en Descubrimiento y confirmación Stefansson explicó que hay nuevos planetas, pero el descubrimiento del planeta LHS 3154b superó todas las expectativas.

Reconsiderando las teorías de formación de planetas

«Según el trabajo de investigación existente con HPF y otros instrumentos, un objeto como el que descubrimos probablemente sea extremadamente raro, por lo que su descubrimiento fue realmente emocionante», dijo Megan Delamere, estudiante graduada en astronomía en Penn State y coautora de la investigación. proyecto. papel. «Nuestras teorías actuales sobre la formación planetaria tienen dificultades para explicar lo que vemos».

Delamere explicó que en el caso del planeta masivo descubierto que orbita la estrella LHS 3154, el núcleo del planeta pesado inferido por las mediciones del equipo requeriría una mayor cantidad de material sólido en el disco del planeta de lo que predicen los modelos actuales. El descubrimiento también plantea dudas sobre la comprensión previa de la formación estelar, ya que la proporción de masa y polvo a gas en el disco circunestelar como LHS 3154 (cuando era joven y recién formado) debe haber sido diez veces mayor. Por lo observado para formar un planeta masivo como el descubierto por el equipo.

«Lo que descubrimos proporciona un caso de prueba extremo para todas las teorías existentes sobre la formación de planetas», dijo Mahadevan. «Esto es exactamente para lo que construimos el HPF: descubrir cómo las estrellas más comunes en nuestra galaxia forman planetas y encontrar esos planetas».

Referencia: “Un Neptuno-Masa exoplaneta “En órbita cercana alrededor de una estrella de baja masa desafía los modelos de formación” 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 S. J. Lane, Andrew J. Metcalfe, Andrew Munson, Lawrence Ramsay, Arpita Roy, Christian Schwab, Jason T. Wright y Gregory Zeman, 30 de noviembre de 2023. Ciencias.
doi: 10.1126/ciencia.abo0233

Otros autores del artículo de Penn State son Eric Ford, Brianna Zawadzki, Fred Harty, Andrea Lin, Lawrence Ramsay y Jason Wright. Otros autores de este artículo son Joshua Wen de la Universidad de Princeton, Yamila Miguel de la Universidad de Leiden, Paul Robertson de la Universidad de California, Irvine, Ray Holcomb de la Universidad de California y Shubham Kanodia de la Universidad de California. Instituto Carnegie para la CienciaCaleb Kanias del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Joe Neenan del Instituto de Investigación Fundamental Tata de la India, Ryan Therrien del Carleton College, Brendan Bowler, William Cochran, Michael Endel y Gary Hill de la Universidad de Texas en Austin, y Chad Bender de la Universidad de Texas en Austin. Universidad de Arizona, Scott Diddams, Connor Frederick y Andrew Metcalf de la Universidad de Colorado, Samuel Halvorson del Laboratorio de Propulsión a Chorro del Instituto de Tecnología de California, Andrew Munson de la Universidad de Arizona, Arpita Roy de la Universidad Johns Hopkins, Christian Schwab de Macquarie University en Australia y Gregory Zeeman del Hobby Telescope.Eberly de la Universidad de Texas en Austin.

Este trabajo fue financiado por el Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables de Penn State, el Consorcio de Subvenciones Espaciales de Pensilvania, la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación Hysing-Simons.