La scoperta di un esopianeta molto sottile, chiamato “zucchero filato”, sconvolge gli scienziati: “Non possiamo spiegare come si è formato questo pianeta”

Gli astronomi hanno scoperto un pianeta enorme e a bassa densità chiamato WASP-193b, che è il 50% più grande del nostro pianeta. Giove Ma ha una densità simile allo zucchero filato. Questa scoperta sfida le attuali teorie sulla formazione planetaria, poiché gli scienziati non sono in grado di spiegare come si potrebbe formare un pianeta del genere.

Gli astronomi hanno scoperto un’enorme e soffice palla aliena di un pianeta in orbita attorno a una stella lontana nella nostra galassia via Lattea galassia. La scoperta è stata riportata il 14 maggio sulla rivista Astronomia della natura Dai ricercatori di Istituto di Tecnologia del MassachussettsLa scoperta, fatta all’Università di Liegi in Belgio e altrove, è una chiave promettente per svelare il mistero di come si formano questi pianeti giganti ultraleggeri.

Il nuovo pianeta, chiamato WASP-193b, sembra essere un nano delle dimensioni di Giove, ma la sua densità è una frazione della sua densità. Gli scienziati hanno scoperto che il gigante gassoso è il 50% più grande di Giove e circa un decimo della sua densità, un valore molto basso, simile alla densità dello zucchero filato.

WASP-193b è il secondo pianeta più leggero mai scoperto, dopo il più piccolo, Nettuno-Come il mondo, Keplero 51d. Le dimensioni molto più grandi del nuovo pianeta, combinate con la sua densità estremamente leggera, rendono WASP-193b una sorta di eccezione tra gli oltre 5.400 pianeti scoperti finora.

“Trovare questi oggetti giganti con densità così piccole è davvero molto raro”, afferma Khaled Al-Barqawi, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato al MIT. “Esiste una classe di pianeti chiamati Giove gonfi, e per 15 anni ormai è rimasto un mistero su cosa siano. Questo è un caso estremo di quella classe.

“Non sappiamo dove collocare questo pianeta in tutte le teorie sulla formazione che abbiamo ora, perché è un’anomalia in tutte”, aggiunge il coautore principale Francisco Pozuelos, ricercatore senior presso l’Istituto di Astrofisica in Andalusia. In Spagna. “Non possiamo spiegare come si è formato questo pianeta sulla base di modelli evolutivi classici. Osservare da vicino la sua atmosfera ci consentirà di ottenere un percorso evolutivo per questo pianeta”.

I coautori dello studio del MIT includono Julian de Wit, un assistente professore presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’atmosfera e dei pianeti del MIT, e Artem Burdanov, un ricercatore post-dottorato al MIT, insieme a collaboratori di diverse istituzioni in tutta Europa.

Rappresentazione artistica del sistema WASP-193b. Credito: Università di Liegi

“Sviluppo interessante”

Il nuovo pianeta è stato inizialmente individuato dal Wide Angle Search for Planets Project, o WASP, una collaborazione internazionale tra istituzioni accademiche che insieme gestiscono due osservatori robotici, uno nell’emisfero settentrionale e uno in quello meridionale. Ogni osservatorio utilizza una serie di telecamere grandangolari per misurare la luminosità di migliaia di singole stelle nell’intero cielo.

Nelle indagini condotte tra il 2006 e il 2008, e ancora dal 2011 al 2012, l’Osservatorio WASP-South ha rilevato transiti periodici, o cali di luce, di WASP-193, una stella luminosa e vicina, simile al Sole, situata a 1.232 anni di distanza dalla Terra . Gli astronomi hanno determinato che i cali periodici della luminosità della stella erano coerenti con un pianeta in orbita attorno alla stella e che ne bloccava la luce ogni 6,25 giorni. Gli scienziati hanno misurato la quantità totale di luce bloccata dal pianeta ad ogni transito, fornendo loro una stima delle dimensioni del pianeta gigante, circa le dimensioni di un super-Giove.

Successivamente, gli astronomi hanno cercato di determinare la massa del pianeta, una misura che avrebbe poi rivelato la sua densità e forse anche indizi sulla sua composizione. Per ottenere una stima della massa, gli astronomi utilizzano tipicamente la velocità radiale, una tecnica con la quale gli scienziati analizzano lo spettro della stella, o le diverse lunghezze d’onda della luce, mentre il pianeta orbita attorno alla stella. Lo spettro di una stella può cambiare in modi specifici a seconda di ciò che attrae la stella, come il pianeta attorno a cui orbita. Più un pianeta è massiccio e più è vicino alla sua stella, più il suo spettro si sposta, una distorsione che può dare agli scienziati un’idea della massa del pianeta.

Per WASP-193 b, gli astronomi hanno ottenuto ulteriori spettri ad alta risoluzione della stella ripresi da vari telescopi terrestri e hanno provato a utilizzare la velocità radiale per calcolare la massa del pianeta. Ma continuava a risultare vuoto, proprio perché, come si scoprì, il pianeta era troppo leggero per essere rilevato dalla sua stella.

“I grandi pianeti sono solitamente molto facili da individuare, perché di solito sono massicci ed esercitano un grande impatto sulla loro stella”, spiega De Wit. “Ma ciò che era difficile riguardo a questo pianeta era che, sebbene fosse enorme, la sua massa e densità erano così basse che era molto difficile da rilevare utilizzando solo la tecnica della velocità radiale. È stato uno sviluppo interessante.”

“[WASP-193b] “È così lieve che ci sono voluti quattro anni per raccogliere dati e dimostrare che c’era un segnale di massa, ma in realtà è molto piccolo”, dice Barqawi.

“Inizialmente ottenevamo densità molto basse, e all’inizio era molto difficile da credere”, aggiunge Buzuelos. “Abbiamo ripetuto più volte il processo di analisi di tutti i dati per assicurarci che questa fosse la vera densità del pianeta perché era così rara”.

Un mondo inflazionato

Alla fine, il team ha confermato che il pianeta era davvero molto leggero. Calcolarono che la sua massa era circa 0,14 quella di Giove. La sua densità, derivata dalla sua massa, era di circa 0,059 grammi per centimetro cubo. Al contrario, il peso di Giove è di circa 1,33 grammi per centimetro cubo; La Terra è più grande di 5,51 grammi per centimetro cubo. Forse la sostanza più vicina in densità al nuovo pianeta gonfio è lo zucchero filato, che ha una densità di circa 0,05 grammi per centimetro cubo.

“Il pianeta è così leggero che è difficile pensare a una materia solida paragonabile”, afferma Barqawi. “Il motivo per cui è simile allo zucchero filato è perché entrambi sono costituiti principalmente da gas leggeri anziché da solidi. Il pianeta è fondamentalmente molto sottile.”

I ricercatori sospettano che il nuovo pianeta sia composto principalmente da idrogeno ed elio, come la maggior parte degli altri giganti gassosi della galassia. Per WASP-193b, questi gas probabilmente formano un’atmosfera estremamente gonfia che si estende per decine di migliaia di chilometri oltre l’atmosfera di Giove. Come un pianeta possa gonfiarsi a tal punto e mantenere comunque una densità di luce così estrema è una domanda a cui nessuna teoria esistente sulla formazione planetaria può ancora rispondere.

Per ottenere un quadro migliore del nuovo mondo sottile, il team prevede di utilizzare una tecnica D-Wit precedentemente sviluppata per ricavare innanzitutto alcune proprietà dell’atmosfera del pianeta, come la sua temperatura, composizione e pressione a diverse profondità. Queste proprietà possono quindi essere utilizzate per calcolare con precisione la massa del pianeta. Per ora, il team vede WASP-193b come un candidato ideale per uno studio di follow-up da parte di osservatori come WASP-193b Telescopio spaziale James Webb.

“Più grande è l’atmosfera di un pianeta, più luce può attraversarla”, afferma de Wit. “Quindi questo pianeta è chiaramente uno dei migliori obiettivi che abbiamo per studiare gli effetti atmosferici. Servirà come stele di Rosetta per cercare di risolvere il mistero del rigonfiamento di Giove”.

Riferimento: “Un’atmosfera estesa e a bassa densità attorno al pianeta WASP-193 b delle dimensioni di Giove” di Khaled Al-Barqawi, Francisco J. Bozuelos, Coyle Hillier, Barry Smalley, Louise D. Nielsen, Prajwal Niraula, Michael Gillon, Julian de Wit, Simon Müller, Caroline Dorn, Ravit Held, Emmanuel Jehin, Brice Olivier Demaure, Valérie van Grootel, Abderrahmane Sepkew, Mourad Ghashoui, David. Anderson, Zuhair Ben Khaldoun, François Bouchy, Artem Bordanov, Laetitia Delris, Elsa Ducrot, Leonel Garcia, Abdelhadi Al Jabri, Monica Lindell, Pierre F. L. Maxted, Catriona A. Murray, Peter Bellman Pedersen, Didier Kilo, Daniel Sebastian, Oliver Turner, Stefan Audry, Mathilde Timmermans, Amaury H. M. G. Triode e Richard G. West, 14 maggio 2024, Astronomia della natura.
DOI: 10.1038/s41550-024-02259-y

Questa ricerca è stata finanziata, in parte, dall’Associazione universitaria e dal Consiglio delle strutture scientifiche e tecnologiche del Regno Unito per WASP; Consiglio Europeo della Ricerca; Unione Vallonia-Bruxelles; e la Fondazione Heising-Simons, Colin e Leslie Masson e Peter A. Gilman, che sostengono Artemis e altri telescopi SPECULOOS.