Gli astronomi hanno osservato un insolito pianeta simile a Giove in orbita attorno a una fredda stella nana rossa

Un esopianeta gigante gassoso con la densità di un marshmallow è stato rilevato in orbita attorno a una fredda stella nana rossa da una serie di strumenti, tra cui il NASA-finanziato lo strumento di velocità radiale NEID sul telescopio WIYN da 3.5 metri al Kitt Peak National Observatory, un programma del NOIRLab di NSF. Il pianeta, chiamato TOI-3757 b, è il pianeta gigante gassoso più soffice mai scoperto attorno a questo tipo di stella.

Astronomi che utilizzano il telescopio WIYN da 3.5 metri al Kitt Peak National Observatory in Arizona, un programma di NSF NOIRLab, hanno osservato un insolito pianeta simile a Giove in orbita attorno a una fredda stella nana rossa. Situato a circa 580 anni luce dalla Terra nella costellazione di Auriga l'Auriga, questo pianeta, identificato come TOI-3757 b, è il pianeta con la densità più bassa mai rilevato attorno a una stella nana rossa e si stima che abbia una densità media simile a quella di un marshmallow.

Le stelle nane rosse sono i membri più piccoli e deboli della cosiddetta sequenza principale stelle — stelle che convertono l'idrogeno in elio nei loro nuclei a una velocità costante. Anche se “cool” rispetto a star come la nostra Dom., le stelle nane rosse possono essere estremamente attive ed eruttare con potenti bagliori in grado di spogliare un pianeta della sua atmosfera, rendendo questo sistema stellare un luogo apparentemente inospitale per formare un pianeta così sottile.

"Tradizionalmente si pensava che i pianeti giganti attorno alle stelle nane rosse fossero difficili da formare", afferma Shubham Kanodia, ricercatore presso il Carnegie Institution for Science's Earth and Planets Laboratory e primo autore di un articolo pubblicato su The Astronomical Journal. “Finora questo è stato osservato solo con piccoli campioni di indagini Doppler, che in genere hanno trovato pianeti giganti più lontani da queste stelle nane rosse. Finora non abbiamo avuto un campione abbastanza grande di pianeti per trovare gas vicino pianeti in maniera robusta”.

Ci sono ancora misteri inspiegabili che circondano TOI-3757 b, il più grande è come un pianeta gigante gassoso possa formarsi attorno a una stella nana rossa, e specialmente un pianeta così a bassa densità. La squadra di Kanodia, tuttavia, pensa di poter avere una soluzione a quel mistero.

Propongono che la densità estremamente bassa di TOI-3757 b potrebbe essere il risultato di due fattori. Il primo riguarda il nucleo roccioso del pianeta; si pensa che i giganti gassosi inizino come enormi nuclei rocciosi circa dieci volte la massa di Terra, a quel punto aspirano rapidamente grandi quantità di gas vicino per formare i giganti gassosi che vediamo oggi. La stella di TOI-3757 b ha un'abbondanza di elementi pesanti inferiore rispetto ad altre nane M con giganti gassosi, e ciò potrebbe aver comportato una formazione più lenta del nucleo roccioso, ritardando l'inizio dell'accrescimento di gas e quindi influenzando la densità complessiva del pianeta.

Il secondo fattore potrebbe essere l'orbita del pianeta, che si pensa sia leggermente ellittica. Ci sono volte in cui si avvicina alla sua stella rispetto ad altre volte, provocando un notevole riscaldamento in eccesso che può far gonfiare l'atmosfera del pianeta.

Il pianeta è stato inizialmente individuato dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA. Il team di Kanodia ha quindi effettuato osservazioni di follow-up utilizzando strumenti a terra, tra cui NEID e NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), entrambi alloggiati presso il telescopio WIYN da 3.5 metri; l'Habitable-zone Planet Finder (HPF) sul telescopio Hobby-Eberly; e il Red Buttes Observatory (RBO) nel Wyoming.

TESS ha osservato l'attraversamento di questo pianeta TOI-3757 b davanti alla sua stella, il che ha permesso agli astronomi di calcolare che il diametro del pianeta fosse di circa 150,000 chilometri (100,000 miglia) o poco più grande di quello di Giove. Il pianeta completa un'orbita completa attorno alla sua stella ospite in soli 3.5 giorni, 25 volte meno del pianeta più vicino nel nostro Sistema Solare — mercurio — che richiede circa 88 giorni per farlo.

Gli astronomi hanno quindi utilizzato NEID e HPF per misurare il movimento apparente della stella lungo la linea di vista, nota anche come velocità radiale. Queste misurazioni hanno fornito la massa del pianeta, che è stata calcolata essere circa un quarto di quella di Giove, o circa 85 volte la massa della Terra. Conoscere le dimensioni e la massa ha permesso al team di Kanodia di calcolare la densità media di TOI-3757 b pari a 0.27 grammi per centimetro cubo (circa 17 grammi per piedi cubi), il che lo renderebbe meno della metà della densità di Saturno (il pianeta con la densità più bassa nel sistema solare), circa un quarto della densità dell'acqua (il che significa che galleggerebbe se collocata in una gigantesca vasca da bagno piena d'acqua), o in effetti, di densità simile a quella di un marshmallow.

"Potenziali future osservazioni dell'atmosfera di questo pianeta utilizzando il nuovo telescopio spaziale James Webb della NASA potrebbero aiutare a far luce sulla sua natura gonfia", dice Jessica Libby-Roberts, ricercatrice post-dottorato presso Pennsylvania State University e il secondo autore su questo documento.

"Trovare più sistemi di questo tipo con pianeti giganti - che una volta si teorizzava essere estremamente rari intorno alle nane rosse - fa parte del nostro obiettivo di capire come si formano i pianeti", dice Canodia.

La scoperta mette in evidenza l'importanza del NEID nella sua capacità di confermare alcuni dei candidati esopianeti attualmente scoperto dalla missione TESS della NASA, fornendo importanti obiettivi per il nuovo James Webb Space Telescope (JWST) per dare seguito e iniziare a caratterizzare le loro atmosfere. Questo a sua volta informerà gli astronomi di cosa sono fatti i pianeti e come si sono formati e, per i mondi rocciosi potenzialmente abitabili, se potrebbero essere in grado di sostenere la vita.

Riferimento della Gazzetta

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 e Jason T. Wright. TOI-3757 b: un gigante gassoso a bassa densità in orbita attorno a una nana M a metallicità solare. The Astronomical Journal, Volume 164, Numero 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20