Les astronomes ont observé une planète inhabituelle semblable à Jupiter en orbite autour d'une étoile naine rouge froide

Une exoplanète géante gazeuse ayant la densité d'une guimauve a été détectée en orbite autour d'une étoile naine rouge froide par une suite d'instruments, dont le NASA-instrument de vitesse radiale NEID financé sur le télescope WIYN de 3.5 mètres à l'observatoire national de Kitt Peak, un programme du NOIRLab de la NSF. La planète, nommée TOI-3757 b, est la planète géante gazeuse la plus pelucheuse jamais découverte autour de ce type d’étoile.

Astronomes utilisant le télescope WIYN de 3.5 mètres à l'observatoire national de Kitt Peak en Arizona, un programme de la NSF Laboratoire NOIR, ont observé une planète inhabituelle semblable à Jupiter en orbite autour d’une étoile naine rouge froide. Située à environ 580 années-lumière de la Terre dans la constellation d'Auriga le conducteur de char, cette planète, identifiée comme TOI-3757 b, est la planète de plus faible densité jamais détectée autour d'une étoile naine rouge et on estime qu'elle a une densité moyenne proche de celle d'une guimauve.

Les étoiles naines rouges sont les membres les plus petits et les plus sombres de ce qu'on appelle la séquence principale. stars — des étoiles qui convertissent l'hydrogène en hélium dans leur noyau à un rythme constant. Bien que « cool » comparé à des stars comme notre Dimanche, les étoiles naines rouges peuvent être extrêmement actives et éclater avec de puissantes éruptions capables de priver une planète de son atmosphère, faisant de ce système stellaire un endroit apparemment inhospitalier pour former une planète aussi arachnéenne.

"On pensait traditionnellement que les planètes géantes autour des étoiles naines rouges étaient difficiles à former", » déclare Shubham Kanodia, chercheur au laboratoire Terre et planètes de la Carnegie Institution for Science et premier auteur d'un article publié dans Le journal astronomique. "Jusqu'à présent, cela n'a été étudié qu'avec de petits échantillons issus de relevés Doppler, qui ont généralement permis de trouver des planètes géantes plus éloignées de ces étoiles naines rouges. Jusqu'à présent, nous ne disposions pas d'un échantillon de planètes suffisamment grand pour trouver du gaz proche. planètes de manière robuste.

Il existe encore des mystères inexpliqués autour de TOI-3757 b, le plus important étant la manière dont une planète géante gazeuse peut se former autour d'une étoile naine rouge, et en particulier une planète de faible densité. L’équipe de Kanodia pense cependant avoir une solution à ce mystère.

Ils proposent que la très faible densité de TOI-3757 b pourrait être le résultat de deux facteurs. Le premier concerne le noyau rocheux de la planète ; On pense que les géantes gazeuses sont à l’origine des noyaux rocheux massifs d’environ dix fois la masse de Terre, à quel point ils attirent rapidement de grandes quantités de gaz voisins pour former les géantes gazeuses que nous voyons aujourd’hui. L’étoile TOI-3757 b a une abondance d’éléments lourds inférieure à celle des autres naines M dotées de géantes gazeuses, ce qui pourrait avoir entraîné une formation plus lente du noyau rocheux, retardant ainsi le début de l’accrétion de gaz et affectant ainsi la densité globale de la planète.

Le deuxième facteur pourrait être l’orbite de la planète, que l’on considère provisoirement comme légèrement elliptique. Il y a des moments où elle se rapproche de son étoile plus que d’autres, ce qui entraîne un excès de chaleur important qui peut provoquer un gonflement de l’atmosphère de la planète.

La planète a été initialement repérée par le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA. L’équipe de Kanodia a ensuite effectué des observations de suivi à l’aide d’instruments au sol, notamment le NEID et le NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), tous deux hébergés au télescope WIYN de 3.5 mètres ; le chercheur de planètes de zone habitable (HPF) sur le télescope Hobby-Eberly ; et l'Observatoire de Red Buttes (RBO) dans le Wyoming.

TESS a étudié le passage de cette planète TOI-3757 b devant son étoile, ce qui a permis aux astronomes de calculer le diamètre de la planète à environ 150,000 100,000 kilomètres (3.5 25 miles), soit à peine plus grand que celui de Jupiter. La planète termine une orbite complète autour de son étoile hôte en seulement XNUMX jours, soit XNUMX fois moins que la planète la plus proche de notre système solaire. Mercury – ce qui prend environ 88 jours pour le faire.

Les astronomes ont ensuite utilisé le NEID et le HPF pour mesurer le mouvement apparent de l’étoile le long de la ligne de visée, également appelé vitesse radiale. Ces mesures ont fourni la masse de la planète, qui était estimée à environ un quart de celle de Jupiter, soit environ 85 fois la masse de la Terre. Connaissant la taille et la masse, l'équipe de Kanodia a pu calculer la densité moyenne de TOI-3757 b comme étant de 0.27 gramme par centimètre cube (environ 17 grammes par pied cube), ce qui la rendrait inférieure à la moitié de la densité de Saturne (la planète à la densité la plus faible). dans le système solaire), environ un quart de la densité de l'eau (ce qui signifie qu'elle flotterait si elle était placée dans une baignoire géante remplie d'eau), ou en fait, une densité similaire à celle d'une guimauve.

« Des observations futures potentielles de l’atmosphère de cette planète à l’aide du nouveau télescope spatial James Webb de la NASA pourraient aider à faire la lumière sur sa nature gonflée » déclare Jessica Libby-Roberts, chercheuse postdoctorale à Pennsylvania State University et le deuxième auteur de cet article.

« Trouver davantage de systèmes de ce type avec des planètes géantes – qui étaient autrefois considérées comme extrêmement rares autour des naines rouges – fait partie de notre objectif de comprendre comment les planètes se forment » dit Kanodia.

La découverte met en évidence l'importance du NEID dans sa capacité à confirmer certains des candidats exoplanètes actuellement découvert par la mission TESS de la NASA, fournissant des cibles importantes pour le nouveau Télescope spatial James Webb (JWST) pour suivre et commencer à caractériser leurs atmosphères. Cela permettra aux astronomes de savoir de quoi sont faites les planètes et comment elles se sont formées et, pour les mondes rocheux potentiellement habitables, si elles pourraient être capables de supporter la vie.

Référence du journal

1. Shubham Kanodia, Jessica Libby-Roberts, Caleb I. Cañas, Joe P. Ninan, Suvrath Mahadevan, Gudmundur Stefansson, Andrea S. J. 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 et Jason T. Wright. TOI-3757 b : Une géante gazeuse de faible densité en orbite autour d'un nain M à métallicité solaire. Le Journal Astronomique, Volume 164, Numéro 3 DOI : DOI : 10.3847/1538-3881/ac7c20