Utilizzando il Telescopio Spaziale James Webb (JWST), gli astronomi hanno identificato un quarto mondo in un sistema estraneo di pianeti ultraleggeri chiamati “super puff”. Il nuovo pianeta extrasolare o “esopianeta” è stato scoperto attorno alla stella simile al sole Kepler-51, situata a circa 2.615 anni luce di distanza nella costellazione del Cigno. E’ notevole che il nuovo mondo, designato come Kepler-51e, non sia solo il quarto esopianeta a orbitare attorno a questa stella; tutti gli altri mondi sono pianeti simili a zucchero filato. Ciò implica che potrebbe trattarsi di un intero sistema di alcuni dei pianeti più leggeri mai scoperti. “I pianeti super puff sono molto strani in quanto presentano una massa e una densità molto basse”, ha affermato un membro del team. “I tre pianeti precedentemente noti che orbitano attorno alla stella, Kepler-51, sono della dimensione di Saturno ma con una massa solo poche volte quella della Terra, il che porta a una densità simile a quella dello zucchero filato.” Il membro del team ha aggiunto che si ipotizza che questi pianeti simili a zucchero filato abbiano nuclei molto piccoli e enormi atmosfere gonfie di idrogeno o elio. “Resta un mistero come si siano formati questi strani pianeti e come le loro atmosfere non siano state spazzate via dalla radiazione intensa della loro giovane stella”, ha aggiunto. “Avevamo pianificato di utilizzare il JWST per studiare uno di questi pianeti per rispondere a queste domande, ma ora dobbiamo spiegare un quarto pianeta a bassa massa nel sistema!”

Kepler-51: Un dolce sistema stellare

Il quarto abitante di questo strano sistema planetario è stato scoperto quando un team guidato dai ricercatori delle Università di Penn State e Osaka ha iniziato a investigare le proprietà del suo leggero gemello, Kepler-51d. La notizia dello spazio, gli aggiornamenti più recenti sui lanci di razzi, eventi di osservazione del cielo e altro! Il team è rimasto sbalordito quando Kepler-51d ha attraversato il disco della stella madre, o ha effettuato un transito, con due ore di anticipo rispetto alla programmazione. I transiti sono utili agli astronomi perché quando la luce stellare attraversa l’atmosfera di un pianeta, diversi elementi in quella atmosfera assorbono la luce a lunghezze d’onda caratteristiche. Questo significa che lasciano il loro “impronta digitale”, permettendo agli astronomi di determinare la composizione dell’atmosfera, tra le altre caratteristiche del pianeta, analizzando le lunghezze d’onda di luce rilevate. Gli astronomi sono abituati a pianeti che efectuano transiti che sono in anticipo di pochi minuti o in ritardo di pochi minuti, e i calcoli del team presentavano un’incertezza di 15 minuti. Tuttavia, questo non può spiegare un errore di due ore. Si aspettavano che Kepler-51d transitasse alle 2 del mattino EDT a giugno 2023 dopo aver utilizzato con successo il loro modello di tre pianeti per prevedere il transito di Kepler-51d a maggio 2023. I ricercatori si sono preparati a osservare l’evento sia con il JWST che con il telescopio Apache Point Observatory (APO). Sono rimasti sbalorditi quando il transito non ha avuto luogo come previsto, tornando ai loro dati e scoprendo che era già avvenuto. “Grazie al cielo abbiamo iniziato ad osservare alcune ore prima per stabilire una base perché le 2 del mattino sono passate, poi le 3, e non avevamo ancora osservato alcun cambiamento nella luminosità della stella con l’APO,” ha dichiarato un membro del team. “Dopo aver rieseguito freneticamente i nostri modelli e scrutinato i dati, abbiamo scoperto un lieve calo nella luminosità stellare immediatamente quando abbiamo iniziato ad osservare con l’APO, il che si è rivelato essere l’inizio del transito — con un anticipo di 2 ore, ben oltre la finestra di incertezza di 15 minuti dei nostri modelli!” Un diagramma rappresenta il transito di un pianeta attraverso il disco della sua stella madre (Credito immagine: NASA/ESA/Elizabeth Wheatley (STScI)). Rivolgendosi ai dati di archivio provenienti da telescopi spaziali e terrestri per spiegare perché stavano per perdere il transito con il JWST, il team ha scoperto che la spiegazione migliore era la presenza di un mondo finora non scoperto. “Siamo stati davvero confusi dall’anticipato arrivo di Kepler-51d, e nessuna regolazione fine del modello di tre pianeti poteva giustificare una discrepanza così grande,” ha affermato un membro del team. “Solo l’aggiunta di un quarto pianeta ha spiegato questa differenza. Questo segna il primo pianeta scoperto tramite variazioni nel tempo di transito utilizzando il JWST.” Questo mondo influisce sulle orbite degli altri pianeti del sistema, compreso Kepler-51d, spiegando perché il suo transito sia avvenuto in anticipo. “Abbiamo condotto quella che si chiama una ricerca ‘a forza bruta’, testando diverse combinazioni delle proprietà dei pianeti per trovare il modello di quattro pianeti che spiega tutti i dati di transito raccolti negli ultimi 14 anni,” ha spiegato. “Abbiamo scoperto che il segnale è meglio spiegato se Kepler-51e ha una massa simile agli altri tre pianeti e segue un’orbita piuttosto circolare di circa 264 giorni — qualcosa che ci aspetteremmo in base ad altri sistemi planetari.” Altre possibili soluzioni trovate coinvolgono un pianeta più massiccio in un’orbita più ampia, anche se riteniamo che queste siano meno probabili.

Come raccoglie una stella pianeti di zucchero filato?

Quando il team ha adeguato i propri modelli del sistema Kepler-51 per tenere conto del nuovo pianeta, ha anche dovuto ridurre le masse previste degli altri pianeti. Questo impatta anche le teorie relative alle altre proprietà di questi pianeti e su come un sistema planetario così insolito possa essersi formato. I ricercatori hanno bisogno che Kepler-51e transiti la sua stella prima di poter confermare che si tratta di un pianeta super puff. “I pianeti super puff sono piuttosto rari, e quando si verificano, tendono ad essere l’unico in un sistema planetario,” ha dichiarato un membro del team. “Se spiegare come tre super puff si siano formati in un sistema non fosse già abbastanza impegnativo, ora dobbiamo spiegare un quarto pianeta, sia esso un super puff o meno. E non possiamo escludere pianeti aggiuntivi nel sistema.” Poiché Kepler-51e ha un’orbita di 264 giorni, sarà necessaria una maggiore osservazione del sistema prima che i ricercatori possano essere certi di come la gravità del nuovo pianeta influisca sui mondi gemelli. “Kepler-51e ha un’orbita leggermente più grande di quella di Venere ed è appena all’interno della zona abitabile della stella, quindi c’è molto di più che potrebbe avvenire oltre quella distanza se ci prendiamo il tempo per guardare”, ha concluso il membro del team. “Continuare a osservare le variazioni del tempo di transito potrebbe aiutarci a scoprire pianeti che sono più lontani dalle loro stelle e potrebbe agevolare la nostra ricerca di pianeti che potrebbero potenzialmente supportare la vita.” La ricerca del team è stata pubblicata martedì (3 dicembre) nell’Astronomical Journal.