Astronomen beobachteten einen ungewöhnlichen Jupiter-ähnlichen Planeten, der einen kühlen roten Zwergstern umkreist

Ein Gasriesen-Exoplanet mit der Dichte eines Marshmallows wurde von einer Reihe von Instrumenten, darunter dem, in der Umlaufbahn um einen kühlen Roten Zwergstern entdeckt NASA-finanziertes NEID-Radialgeschwindigkeitsinstrument am WIYN 3.5-Meter-Teleskop am Kitt Peak National Observatory, ein Programm des NOIRLab der NSF. Der Planet mit dem Namen TOI-3757 b ist der flauschigste Gasriesenplanet, der jemals um einen Stern dieser Art entdeckt wurde.

Astronomen nutzen das WIYN 3.5-Meter-Teleskop am Kitt Peak National Observatory in Arizona, ein Programm der NSF NOIRLabhaben einen ungewöhnlichen jupiterähnlichen Planeten beobachtet, der einen kühlen roten Zwergstern umkreist. Dieser Planet mit der Bezeichnung TOI-580 b befindet sich etwa 3757 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Auriga, dem Wagenlenker. Er ist der Planet mit der niedrigsten Dichte, der jemals um einen Roten Zwergstern entdeckt wurde, und es wird geschätzt, dass er eine ähnliche durchschnittliche Dichte aufweist eines Marshmallows.

Rote Zwergsterne sind die kleinsten und dunkelsten Mitglieder der sogenannten Hauptreihe Sterne – Sterne, die in ihren Kernen Wasserstoff mit gleichmäßiger Geschwindigkeit in Helium umwandeln. Obwohl „cool“ im Vergleich zu Stars wie unserem Sun, Rote Zwergsterne können äußerst aktiv sein und starke Ausbrüche auslösen, die einem Planeten seine Atmosphäre entziehen können, was dieses Sternensystem zu einem scheinbar unwirtlichen Ort für die Bildung eines solch hauchdünnen Planeten macht.

„Riesenplaneten um Rote Zwerge galten traditionell als schwer zu bilden“ sagt Shubham Kanodia, Forscher am Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science und Erstautor eines Artikels, der in veröffentlicht wurde Das astronomische Journal. „Bisher wurde dies nur anhand kleiner Proben aus Doppler-Durchmusterungen untersucht, bei denen typischerweise Riesenplaneten gefunden wurden, die weiter von diesen Roten Zwergsternen entfernt sind. Bisher hatten wir keine ausreichend große Stichprobe von Planeten, um Gas in der Nähe zu finden Planeten auf robuste Weise.“

Es gibt immer noch ungeklärte Rätsel rund um TOI-3757 b. Das große Rätsel ist, wie sich ein Gasriese um einen Roten Zwergstern bilden kann, und insbesondere um einen Planeten mit geringer Dichte. Kanodias Team glaubt jedoch, dass sie möglicherweise eine Lösung für dieses Rätsel haben.

Sie schlagen vor, dass die besonders niedrige Dichte von TOI-3757 b auf zwei Faktoren zurückzuführen sein könnte. Der erste bezieht sich auf den felsigen Kern des Planeten; Es wird angenommen, dass Gasriesen ursprünglich aus massiven Gesteinskernen entstanden, die etwa zehnmal so groß sind Die Erde Dann ziehen sie schnell große Mengen benachbarten Gases an und bilden die Gasriesen, die wir heute sehen. Der Stern von TOI-3757 b weist im Vergleich zu anderen M-Zwergen mit Gasriesen eine geringere Häufigkeit schwerer Elemente auf, was möglicherweise dazu geführt hat, dass sich der Gesteinskern langsamer bildete, was den Beginn der Gasakkretion verzögerte und sich daher auf die Gesamtdichte des Planeten auswirkte.

Der zweite Faktor könnte die Umlaufbahn des Planeten sein, von der man vorläufig annimmt, dass sie leicht elliptisch ist. Es gibt Zeiten, in denen er seinem Stern näher kommt als zu anderen Zeiten, was zu einer erheblichen übermäßigen Erwärmung führt, die dazu führen kann, dass sich die Atmosphäre des Planeten aufbläht.

Der Planet wurde ursprünglich vom Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA entdeckt. Anschließend führte Kanodias Team Folgebeobachtungen mit bodengestützten Instrumenten durch, darunter NEID und NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), beide am 3.5-Meter-Teleskop WIYN untergebracht; der Habitable-Zone Planet Finder (HPF) am Hobby-Eberly-Teleskop; und das Red Buttes Observatory (RBO) in Wyoming.

TESS untersuchte die Durchquerung dieses Planeten TOI-3757 b vor seinem Stern, was es den Astronomen ermöglichte, den Durchmesser des Planeten auf etwa 150,000 Kilometer (100,000 Meilen) zu berechnen, also etwa etwas größer als der von Jupiter. Der Planet vollendet eine vollständige Umlaufbahn um seinen Mutterstern in nur 3.5 Tagen, 25-mal weniger als der nächstgelegene Planet in unserem Sonnensystem – Merkur – was dafür etwa 88 Tage dauert.

Anschließend verwendeten die Astronomen NEID und HPF, um die scheinbare Bewegung des Sterns entlang der Sichtlinie, auch bekannt als seine Radialgeschwindigkeit, zu messen. Diese Messungen lieferten die Masse des Planeten, die auf etwa ein Viertel der Masse des Jupiter oder etwa das 85-fache der Masse der Erde geschätzt wurde. Die Kenntnis der Größe und Masse ermöglichte es Kanodias Team, die durchschnittliche Dichte von TOI-3757 b auf 0.27 Gramm pro Kubikzentimeter (etwa 17 Gramm pro Kubikfuß) zu berechnen, was weniger als die Hälfte der Dichte von Saturn (dem Planeten mit der niedrigsten Dichte) ausmachen würde im Sonnensystem), etwa ein Viertel der Dichte von Wasser (was bedeutet, dass es schwimmen würde, wenn es in einer riesigen, mit Wasser gefüllten Badewanne platziert würde), oder tatsächlich eine ähnliche Dichte wie ein Marshmallow.

„Mögliche zukünftige Beobachtungen der Atmosphäre dieses Planeten mit dem neuen James-Webb-Weltraumteleskop der NASA könnten dabei helfen, Licht auf seine geschwollene Natur zu werfen.“ sagt Jessica Libby-Roberts, Postdoktorandin bei Pennsylvania State University und der zweite Autor dieses Artikels.

„Die Suche nach weiteren solchen Systemen mit Riesenplaneten – von denen früher angenommen wurde, dass sie in der Nähe von Roten Zwergen äußerst selten sind – ist Teil unseres Ziels, zu verstehen, wie Planeten entstehen.“ sagt Kanodia.

Die Entdeckung unterstreicht die Bedeutung von NEID für seine Fähigkeit, einige der Kandidaten zu bestätigen Exoplaneten wird derzeit von der TESS-Mission der NASA entdeckt und bietet wichtige Ziele für das Neue James Webb Weltraumteleskop (JWST), um ihre Atmosphäre weiterzuverfolgen und mit der Charakterisierung zu beginnen. Dies wiederum wird den Astronomen Aufschluss darüber geben, woraus die Planeten bestehen und wie sie entstanden sind, und – bei potenziell bewohnbaren Gesteinswelten – darüber, ob sie möglicherweise Leben beherbergen können.

Journal Referenz

1. 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 und Jason T. Wright. TOI-3757 b: Ein Gasriese niedriger Dichte, der einen solarmetallischen M-Zwerg umkreist. The Astronomical Journal, Band 164, Nummer 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20