Οι αστρονόμοι παρατήρησαν έναν ασυνήθιστο πλανήτη σαν τον Δία σε τροχιά γύρω από ένα ψυχρό κόκκινο νάνο αστέρι

Ένας γιγάντιος εξωπλανήτης αερίου με πυκνότητα marshmallow έχει εντοπιστεί σε τροχιά γύρω από ένα δροσερό κόκκινο νάνο αστέρι από μια σειρά οργάνων, συμπεριλαμβανομένων των NASA-χρηματοδοτήθηκε το όργανο ακτινικής ταχύτητας NEID στο τηλεσκόπιο WIYN 3.5 μέτρων στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak, ένα πρόγραμμα του NOIRLab της NSF. Ο πλανήτης, που ονομάζεται TOI-3757 b, είναι ο πιο χνουδωτός γίγαντας πλανήτης αερίου που ανακαλύφθηκε ποτέ γύρω από αυτόν τον τύπο αστεριών.

Αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το τηλεσκόπιο 3.5 μέτρων WIYN στο Εθνικό Αστεροσκοπείο Kitt Peak στην Αριζόνα, ένα πρόγραμμα του NSF NOIRLab, παρατήρησαν έναν ασυνήθιστο πλανήτη σαν τον Δία σε τροχιά γύρω από ένα ψυχρό κόκκινο νάνο αστέρι. Βρίσκεται περίπου 580 έτη φωτός από τη Γη στον αστερισμό του Auriga the Charioteer, αυτός ο πλανήτης, που προσδιορίζεται ως TOI-3757 b, είναι ο πλανήτης χαμηλότερης πυκνότητας που έχει εντοπιστεί ποτέ γύρω από ένα αστέρι κόκκινος νάνος και εκτιμάται ότι έχει μέση πυκνότητα παρόμοια με αυτήν. ενός marshmallow.

Οι κόκκινοι νάνοι αστέρες είναι τα μικρότερα και πιο αμυδρά μέλη της λεγόμενης κύριας ακολουθίας αστέρια — αστέρια που μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο στους πυρήνες τους με σταθερό ρυθμό. Αν και «cool» σε σύγκριση με αστέρια όπως το δικό μας Κυρ., οι κόκκινοι νάνοι αστέρες μπορεί να είναι εξαιρετικά ενεργοί και να εκρήγνυνται με ισχυρές εκλάμψεις ικανές να αφαιρέσουν έναν πλανήτη από την ατμόσφαιρά του, καθιστώντας αυτό το αστρικό σύστημα μια φαινομενικά αφιλόξενη τοποθεσία για να σχηματιστεί ένας τέτοιος πλανήτης.

«Γίγαντες πλανήτες γύρω από αστέρια κόκκινου νάνους παραδοσιακά θεωρούνταν ότι είναι δύσκολο να σχηματιστούν», λέει ο Shubham Kanodia, ερευνητής στο Carnegie Institution for Science's Earth and Planets Laboratory και πρώτος συγγραφέας σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Η αστρονομική εφημερίδα. «Μέχρι στιγμής αυτό έχει εξεταστεί μόνο με μικρά δείγματα από έρευνες Doppler, οι οποίες συνήθως έχουν βρει γιγάντιους πλανήτες πιο μακριά από αυτούς τους κόκκινους νάνους αστέρια. Μέχρι τώρα δεν είχαμε αρκετά μεγάλο δείγμα πλανητών για να βρούμε αέριο από κοντά πλανήτες με στιβαρό τρόπο».

Υπάρχουν ακόμα ανεξήγητα μυστήρια γύρω από το TOI-3757 b, το μεγάλο είναι πώς ένας γίγαντας αέριος πλανήτης μπορεί να σχηματιστεί γύρω από ένα κόκκινο νάνο αστέρι, και ειδικά έναν πλανήτη τόσο χαμηλής πυκνότητας. Η ομάδα του Kanodia, ωστόσο, πιστεύει ότι μπορεί να έχει μια λύση σε αυτό το μυστήριο.

Προτείνουν ότι η εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα του TOI-3757 b θα μπορούσε να είναι το αποτέλεσμα δύο παραγόντων. Το πρώτο σχετίζεται με τον βραχώδη πυρήνα του πλανήτη. Οι γίγαντες αερίου πιστεύεται ότι ξεκινούν ως ογκώδεις βραχώδεις πυρήνες περίπου δέκα φορές μεγαλύτερη από τη μάζα Γη, οπότε τραβούν γρήγορα μεγάλες ποσότητες γειτονικού αερίου για να σχηματίσουν τους γίγαντες αερίου που βλέπουμε σήμερα. Το αστέρι TOI-3757 b's έχει μικρότερη αφθονία βαρέων στοιχείων σε σύγκριση με άλλους M-νάνους με γίγαντες αερίου, και αυτό μπορεί να είχε ως αποτέλεσμα ο βραχώδης πυρήνας να σχηματίζεται πιο αργά, καθυστερώντας την έναρξη της συσσώρευσης αερίου και επομένως επηρεάζοντας τη συνολική πυκνότητα του πλανήτη.

Ο δεύτερος παράγοντας μπορεί να είναι η τροχιά του πλανήτη, η οποία δοκιμαστικά πιστεύεται ότι είναι ελαφρώς ελλειπτική. Υπάρχουν φορές που πλησιάζει πιο κοντά στο αστέρι του από άλλες φορές, με αποτέλεσμα σημαντική υπερβολική θέρμανση που μπορεί να προκαλέσει φούσκωμα της ατμόσφαιρας του πλανήτη.

Ο πλανήτης εντοπίστηκε αρχικά από το Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) της NASA. Στη συνέχεια, η ομάδα του Kanodia έκανε επακόλουθες παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας επίγεια όργανα, συμπεριλαμβανομένων των NEID και NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), που στεγάζονται και τα δύο στο τηλεσκόπιο 3.5 μέτρων WIYN. ο Ανιχνευτής Πλανητών σε κατοικήσιμη ζώνη (HPF) στο τηλεσκόπιο Hobby-Eberly. και το Red Buttes Observatory (RBO) στο Wyoming.

Το TESS εξέτασε τη διέλευση αυτού του πλανήτη TOI-3757 b μπροστά από το άστρο του, κάτι που επέτρεψε στους αστρονόμους να υπολογίσουν τη διάμετρο του πλανήτη σε περίπου 150,000 χιλιόμετρα (100,000 μίλια) ή περίπου λίγο μεγαλύτερη από αυτή του Δία. Ο πλανήτης ολοκληρώνει μια πλήρη τροχιά γύρω από το άστρο υποδοχής του σε μόλις 3.5 ημέρες, 25 φορές λιγότερο από τον πλησιέστερο πλανήτη στο Ηλιακό μας Σύστημα — Ερμής — που χρειάζονται περίπου 88 ημέρες για να γίνει αυτό.

Στη συνέχεια, οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν τα NEID και HPF για να μετρήσουν τη φαινομενική κίνηση του άστρου κατά μήκος της οπτικής γραμμής, γνωστή και ως ακτινική του ταχύτητα. Αυτές οι μετρήσεις έδωσαν τη μάζα του πλανήτη, η οποία υπολογίστηκε ότι ήταν περίπου το ένα τέταρτο αυτής του Δία, ή περίπου 85 φορές τη μάζα της Γης. Η γνώση του μεγέθους και της μάζας επέτρεψε στην ομάδα του Kanodia να υπολογίσει τη μέση πυκνότητα του TOI-3757 b ως 0.27 γραμμάρια ανά κυβικό εκατοστό (περίπου 17 γραμμάρια ανά κυβικά πόδια), κάτι που θα τον καθιστούσε λιγότερο από τη μισή πυκνότητα του Κρόνου (τον πλανήτη χαμηλότερης πυκνότητας). στο Ηλιακό σύστημα), περίπου το ένα τέταρτο της πυκνότητας του νερού (που σημαίνει ότι θα επέπλεε αν τοποθετηθεί σε μια γιγάντια μπανιέρα γεμάτη νερό), ή στην πραγματικότητα, παρόμοια σε πυκνότητα με ένα marshmallow.

"Πιθανές μελλοντικές παρατηρήσεις της ατμόσφαιρας αυτού του πλανήτη χρησιμοποιώντας το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ρίξουν φως στην φουσκωμένη φύση του." λέει η Jessica Libby-Roberts, μεταδιδακτορική ερευνήτρια στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια και ο δεύτερος συγγραφέας σε αυτό το άρθρο.

«Η εύρεση περισσότερων τέτοιων συστημάτων με γιγάντιους πλανήτες – που κάποτε θεωρείτο ότι ήταν εξαιρετικά σπάνιοι γύρω από κόκκινους νάνους – είναι μέρος του στόχου μας να κατανοήσουμε πώς σχηματίζονται οι πλανήτες». λέει η Κανοδία.

Η ανακάλυψη υπογραμμίζει τη σημασία του NEID στην ικανότητά του να επιβεβαιώνει ορισμένους από τους υποψήφιους εξωπλανήτες επί του παρόντος ανακαλύπτεται από την αποστολή TESS της NASA, παρέχοντας σημαντικούς στόχους για το νέο Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) για να παρακολουθήσουν και να αρχίσουν να χαρακτηρίζουν τις ατμόσφαιρές τους. Αυτό με τη σειρά του θα ενημερώσει τους αστρονόμους από τι αποτελούνται οι πλανήτες και πώς σχηματίστηκαν και, για τους δυνητικά κατοικήσιμους βραχώδεις κόσμους, εάν θα μπορούσαν να υποστηρίξουν τη ζωή.

Εφημερίδα αναφοράς

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 και Jason T. Wright. TOI-3757 b: Ένας γίγαντας αερίου χαμηλής πυκνότητας που περιστρέφεται γύρω από έναν νάνο M ηλιακής μεταλλικότητας. The Astronomical Journal, Volume 164, Number 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20