Para astronom mengamati planet mirip Jupiter yang mengorbit bintang katai merah yang keren

Sebuah planet ekstrasurya gas raksasa dengan kepadatan marshmallow telah terdeteksi mengorbit di sekitar bintang katai merah dingin oleh seperangkat instrumen, termasuk NASA-mendanai instrumen kecepatan radial NEID pada Teleskop WIYN 3.5 meter di Observatorium Nasional Kitt Peak, Program NOIRLab NSF. Planet yang diberi nama TOI-3757 b ini merupakan planet raksasa gas paling lembut yang pernah ditemukan di sekitar bintang jenis ini.

Para astronom menggunakan Teleskop WIYN 3.5 meter di Observatorium Nasional Kitt Peak di Arizona, sebuah Program NSF NOIRLab, telah mengamati planet mirip Jupiter yang mengorbit di sekitar bintang katai merah dingin. Terletak sekitar 580 tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Auriga the Charioteer, planet ini, yang diidentifikasi sebagai TOI-3757 b, adalah planet dengan kepadatan terendah yang pernah terdeteksi di sekitar bintang katai merah dan diperkirakan memiliki kepadatan rata-rata yang mirip dengan itu. dari sebuah marshmallow.

Bintang katai merah adalah anggota terkecil dan paling redup dari apa yang disebut deret utama bintang — bintang yang mengubah hidrogen menjadi helium di intinya dengan kecepatan tetap. Meskipun "keren" dibandingkan dengan bintang seperti kami matahari, bintang katai merah bisa sangat aktif dan meletus dengan suar kuat yang mampu melucuti atmosfer sebuah planet, membuat sistem bintang ini menjadi lokasi yang tampaknya tidak ramah untuk membentuk planet yang begitu halus.

“Planet raksasa di sekitar bintang katai merah secara tradisional dianggap sulit dibentuk,” kata Shubham Kanodia, seorang peneliti di Carnegie Institution for Science's Earth and Planets Laboratory dan penulis pertama pada makalah yang diterbitkan di Jurnal Astronomi. “Sejauh ini hanya dilihat dengan sampel kecil dari survei Doppler, yang biasanya menemukan planet raksasa lebih jauh dari bintang katai merah ini. Sampai sekarang kami belum memiliki sampel planet yang cukup besar untuk menemukan gas terdekat planet dengan cara yang tangguh.”

Masih ada misteri yang tidak dapat dijelaskan seputar TOI-3757 b, yang terbesar adalah bagaimana planet raksasa gas dapat terbentuk di sekitar bintang katai merah, dan terutama planet berdensitas rendah seperti itu. Tim Kanodia, bagaimanapun, berpikir mereka mungkin memiliki solusi untuk misteri itu.

Mereka mengusulkan bahwa kepadatan ekstra rendah TOI-3757 b bisa menjadi hasil dari dua faktor. Yang pertama berkaitan dengan inti berbatu planet ini; raksasa gas diperkirakan dimulai sebagai inti berbatu besar sekitar sepuluh kali massa Bumi, di mana mereka dengan cepat menarik sejumlah besar gas tetangga untuk membentuk raksasa gas yang kita lihat sekarang. Bintang TOI-3757 b memiliki kelimpahan elemen berat yang lebih rendah dibandingkan dengan bintang katai-M lainnya dengan raksasa gas, dan ini mungkin mengakibatkan inti berbatu terbentuk lebih lambat, menunda timbulnya akresi gas dan karenanya mempengaruhi kepadatan keseluruhan planet.

Faktor kedua mungkin orbit planet, yang sementara dianggap sedikit elips. Ada saat-saat ia lebih dekat ke bintangnya daripada di waktu lain, menghasilkan pemanasan berlebih yang substansial yang dapat menyebabkan atmosfer planet membengkak.

Planet ini awalnya terlihat oleh Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) NASA. Tim Kanodia kemudian melakukan pengamatan lanjutan menggunakan instrumen berbasis darat, termasuk NEID dan NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), keduanya ditempatkan di Teleskop WIYN 3.5 meter; Habitable-zone Planet Finder (HPF) di Teleskop Hobby-Eberly; dan Observatorium Buttes Merah (RBO) di Wyoming.

TESS mensurvei perlintasan planet TOI-3757 b di depan bintangnya, yang memungkinkan para astronom menghitung diameter planet menjadi sekitar 150,000 kilometer (100,000 mil) atau hanya sedikit lebih besar dari Jupiter. Planet ini menyelesaikan satu orbit lengkap di sekitar bintang induknya hanya dalam 3.5 hari, 25 kali lebih sedikit dari planet terdekat di Tata Surya kita — air raksa — yang membutuhkan waktu sekitar 88 hari untuk melakukannya.

Para astronom kemudian menggunakan NEID dan HPF untuk mengukur gerakan semu bintang di sepanjang garis pandang, yang juga dikenal sebagai kecepatan radialnya. Pengukuran ini memberikan massa planet, yang dihitung menjadi sekitar seperempat dari Jupiter, atau sekitar 85 kali massa Bumi. Mengetahui ukuran dan massa memungkinkan tim Kanodia untuk menghitung kepadatan rata-rata TOI-3757 b sebagai 0.27 gram per sentimeter kubik (sekitar 17 gram per kaki kubik), yang akan membuatnya kurang dari setengah kepadatan Saturnus (planet dengan kepadatan terendah). dalam Tata surya), sekitar seperempat kerapatan air (artinya akan mengapung jika ditempatkan di bak mandi raksasa yang berisi air), atau bahkan, serupa kerapatannya dengan marshmallow.

"Potensi pengamatan atmosfer planet ini di masa depan menggunakan Teleskop Luar Angkasa James Webb baru NASA dapat membantu menjelaskan sifatnya yang bengkak," kata Jessica Libby-Roberts, peneliti pascadoktoral di Pennsylvania State University dan penulis kedua pada makalah ini.

"Menemukan lebih banyak sistem seperti itu dengan planet raksasa - yang pernah diteorikan sangat langka di sekitar katai merah - adalah bagian dari tujuan kami untuk memahami bagaimana planet terbentuk," kata Kanodia.

Penemuan ini menyoroti pentingnya NEID dalam kemampuannya untuk mengkonfirmasi beberapa kandidat exoplanets saat ini sedang ditemukan oleh misi TESS NASA, memberikan target penting untuk yang baru James Webb Space Telescope (JWST) untuk menindaklanjuti dan mulai mengkarakterisasi atmosfer mereka. Ini pada gilirannya akan memberi tahu para astronom dari apa planet-planet itu terbentuk dan bagaimana mereka terbentuk dan, untuk dunia berbatu yang berpotensi layak huni, apakah mereka mungkin dapat mendukung kehidupan.

Referensi Jurnal

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, dan Jason T. Wright. TOI-3757 b: Raksasa Gas Berdensitas Rendah yang Mengorbit Matahari-metalik M Dwarf. Jurnal Astronomi, Volume 164, Nomor 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20