En gasgigantisk exoplanet med tæthed som en skumfidus er blevet detekteret i kredsløb om en kølig rød dværgstjerne af en række instrumenter, inklusive NASA-finansieret NEID radialhastighedsinstrument på WIYN 3.5-meter teleskopet ved Kitt Peak National Observatory, et program fra NSF's NOIRLab. Planeten, kaldet TOI-3757 b, er den blødeste gasgigantplanet, der nogensinde er blevet opdaget omkring denne type stjerne.
Astronomer, der bruger WIYN 3.5-meter-teleskopet ved Kitt Peak National Observatory i Arizona, et program fra NSF's NOIRLab, har observeret en usædvanlig Jupiter-lignende planet i kredsløb om en kølig rød dværgstjerne. Beliggende cirka 580 lysår fra Jorden i stjernebilledet Auriga the Charioteer, denne planet, identificeret som TOI-3757 b, er den laveste tæthedsplanet, der nogensinde er blevet opdaget omkring en rød dværgstjerne og anslås at have en gennemsnitlig tæthed svarende til denne. af en skumfidus.
Røde dværgstjerner er de mindste og svageste medlemmer af den såkaldte hovedsekvens stjerner — stjerner, der omdanner brint til helium i deres kerne med en jævn hastighed. Selvom "cool" sammenlignet med stjerner som vores Sol, kan røde dværgstjerner være ekstremt aktive og bryde ud med kraftige udbrændinger, der er i stand til at fjerne en planet fra dens atmosfære, hvilket gør dette stjernesystem til et tilsyneladende ugæstfrit sted at danne sådan en lun planet.
"Kæmpeplaneter omkring røde dværgstjerner har traditionelt været anset for at være svære at danne," siger Shubham Kanodia, en forsker ved Carnegie Institution for Science's Earth and Planets Laboratory og førsteforfatter på et papir offentliggjort i Den Astronomiske Journal. "Hidtil er dette kun blevet set på med små prøver fra Doppler-undersøgelser, som typisk har fundet gigantiske planeter længere væk fra disse røde dværgstjerner. Indtil nu har vi ikke haft en stor nok prøve af planeter til at finde gas, der er tæt på planeter på en robust måde."
Der er stadig uforklarlige mysterier omkring TOI-3757 b, den store er, hvordan en gasgigantisk planet kan dannes omkring en rød dværgstjerne, og især sådan en planet med lav tæthed. Kanodias team tror dog, at de måske har en løsning på det mysterium.
De foreslår, at den ekstra lave tæthed af TOI-3757 b kan være resultatet af to faktorer. Den første vedrører planetens stenede kerne; gasgiganter menes at begynde som massive klippekerner omkring ti gange massen af Jorden, på hvilket tidspunkt de hurtigt trækker store mængder af nabogas til at danne de gasgiganter, vi ser i dag. TOI-3757 b's stjerne har en lavere overflod af tunge grundstoffer sammenlignet med andre M-dværge med gasgiganter, og det kan have resulteret i, at den stenede kerne dannes langsommere, hvilket forsinker starten af gastilvækst og derfor påvirker planetens samlede tæthed.
Den anden faktor kan være planetens kredsløb, som foreløbigt menes at være let elliptisk. Nogle gange kommer den tættere på sin stjerne end på andre tidspunkter, hvilket resulterer i betydelig overopvarmning, der kan få planetens atmosfære til at svulme op.
Planeten blev oprindeligt opdaget af NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Kanodias team foretog derefter opfølgende observationer ved hjælp af jordbaserede instrumenter, herunder NEID og NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), begge anbragt ved WIYN 3.5-meter teleskopet; Habitable-zone Planet Finder (HPF) på Hobby-Eberly-teleskopet; og Red Buttes Observatory (RBO) i Wyoming.
TESS undersøgte krydsningen af denne planet TOI-3757 b foran dens stjerne, hvilket gjorde det muligt for astronomer at beregne planetens diameter til at være omkring 150,000 kilometer (100,000 miles) eller omkring bare lidt større end Jupiters. Planeten afslutter et komplet kredsløb om sin værtsstjerne på kun 3.5 dage, 25 gange mindre end den nærmeste planet i vores solsystem — Mercury - hvilket tager omkring 88 dage at gøre det.
Astronomerne brugte derefter NEID og HPF til at måle stjernens tilsyneladende bevægelse langs sigtelinjen, også kendt som dens radiale hastighed. Disse målinger gav planetens masse, som blev beregnet til at være omkring en fjerdedel af Jupiters eller omkring 85 gange Jordens masse. At kende størrelsen og massen gjorde det muligt for Kanodias hold at beregne TOI-3757 b's gennemsnitlige tæthed som værende 0.27 gram pr. kubikcentimeter (ca. 17 gram pr. kubikfod), hvilket ville gøre den mindre end halvdelen af densiteten af Saturn (planeten med laveste tæthed) i Solsystem), omkring en fjerdedel af densiteten af vand (hvilket betyder, at den ville flyde, hvis den blev anbragt i et kæmpe badekar fyldt med vand), eller faktisk ligner en skumfidus i tæthed.
"Potentielle fremtidige observationer af atmosfæren på denne planet ved hjælp af NASAs nye James Webb-rumteleskop kan hjælpe med at kaste lys over dens hævede natur," siger Jessica Libby-Roberts, postdoktor ved Pennsylvania State University og den anden forfatter på dette papir.
"At finde flere sådanne systemer med gigantiske planeter - som engang blev teoretiseret til at være ekstremt sjældne omkring røde dværge - er en del af vores mål om at forstå, hvordan planeter dannes," siger Kanodia.
Credit:
Billeder og videoer: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani, KPNO/P. Marenfeld, ESA/Hubble/M. Kornmesser
Musik: Stellardrone – Airglow
Opdagelsen fremhæver vigtigheden af NEID i dets evne til at bekræfte nogle af kandidaterne exoplaneter i øjeblikket opdages af NASAs TESS-mission, hvilket giver vigtige mål for den nye James Webb Space Telescope (JWST) til at følge op på og begynde at karakterisere deres atmosfærer. Dette vil igen informere astronomerne om, hvad planeterne er lavet af, og hvordan de er dannet, og for potentielt beboelige klippeverdener, om de måske er i stand til at understøtte liv.
Journal Reference
- Shubham Kanodia, Jessica Libby-Roberts, Caleb I. Cañas, Joe P. Ninan, Suvrath Mahadevan, Gudmundur Stefansson, Andrea SJ Lin, Sinclaire Jones, Andrew Monson, Brock A. Parker, Henry A. Kobulnicky, Tera N. Swaby, Luke Powers, Corey Beard, Chad F. Bender, Cullen H. Blake, William D. Cochran, Jiayin Dong, Scott A. Diddams, Connor Fredrick, Arvind F. Gupta, Samuel Halverson, Fred Hearty, Sarah E. Logsdon, Andrew J. Metcalf, Michael W. McElwain, Caroline Morley, Jayadev Rajagopal, Lawrence W. Ramsey, Paul Robertson, Arpita Roy, Christian Schwab, Ryan C. Terrien, John Wisniewski og Jason T. Wright. TOI-3757 b: En gasgigant med lav densitet, der kredser om en sol-metallicitets M-dværg. The Astronomical Journal, bind 164, nummer 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20
