Astronomen hebben een ongewone Jupiter-achtige planeet waargenomen in een baan om een ​​koele rode dwergster

Een gasreus-exoplaneet met de dichtheid van een marshmallow is in een baan rond een koele rode dwergster gedetecteerd door een reeks instrumenten, waaronder de NASA-gefinancierd NEID-instrument voor radiale snelheid op de WIYN 3.5-meter telescoop bij Kitt Peak National Observatory, een programma van NSF’s NOIRLab. De planeet, genaamd TOI-3757 b, is de meest luchtige gasreuzenplaneet die ooit rond dit type ster is ontdekt.

Astronomen die de WIYN 3.5-meter telescoop gebruiken bij Kitt Peak National Observatory in Arizona, een programma van NSF's NOIRLabhebben een ongebruikelijke Jupiter-achtige planeet waargenomen in een baan rond een koele rode dwergster. Gelegen op ongeveer 580 lichtjaar van de aarde in het sterrenbeeld Auriga de wagenmenner, is deze planeet, geïdentificeerd als TOI-3757 b, de planeet met de laagste dichtheid die ooit rond een rode dwergster is gedetecteerd en er wordt geschat dat deze een gemiddelde dichtheid heeft die vergelijkbaar is met die van de Aarde. van een marshmellow.

Rode dwergsterren zijn de kleinste en zwakste leden van de zogenaamde hoofdreeks sterren – sterren die waterstof in hun kernen met een constante snelheid omzetten in helium. Hoewel ‘cool’ vergeleken met sterren als de onze Zonkunnen rode dwergsterren extreem actief zijn en uitbarsten met krachtige uitbarstingen die in staat zijn een planeet van zijn atmosfeer te ontdoen, waardoor dit sterrenstelsel een schijnbaar onherbergzame locatie wordt om zo’n ragfijne planeet te vormen.

‘Van reusachtige planeten rond rode dwergsterren werd traditioneel gedacht dat ze moeilijk te vormen zijn’ zegt Shubham Kanodia, onderzoeker bij het Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory en eerste auteur van een artikel gepubliceerd in The Astronomical Journal. “Tot nu toe is hier alleen naar gekeken met kleine steekproeven uit Doppler-onderzoeken, waarbij doorgaans gigantische planeten zijn gevonden die verder weg van deze rode dwergsterren staan. Tot nu toe hebben we niet genoeg planeten gehad om dichtbij gas te vinden planeten op een robuuste manier.”

Er zijn nog steeds onverklaarde mysteries rond TOI-3757 b, waarvan de belangrijkste is hoe een gasreuzenplaneet zich kan vormen rond een rode dwergster, en vooral zo'n planeet met een lage dichtheid. Het team van Kanodia denkt echter dat ze misschien een oplossing voor dat mysterie hebben.

Ze stellen voor dat de extra lage dichtheid van TOI-3757 b het resultaat zou kunnen zijn van twee factoren. De eerste heeft betrekking op de rotsachtige kern van de planeet; Men denkt dat gasreuzen beginnen als massieve rotsachtige kernen die ongeveer tien keer zo zwaar zijn De aarde Op dat moment trekken ze snel grote hoeveelheden buurgas naar binnen en vormen zo de gasreuzen die we vandaag de dag zien. De ster van TOI-3757 b heeft een lagere overvloed aan zware elementen vergeleken met andere M-dwergen met gasreuzen, en dit kan ertoe hebben geleid dat de rotsachtige kern zich langzamer heeft gevormd, waardoor het begin van de gasaanwas wordt vertraagd en daardoor de algehele dichtheid van de planeet wordt beïnvloed.

De tweede factor kan de baan van de planeet zijn, waarvan voorlopig wordt aangenomen dat deze enigszins elliptisch is. Soms komt hij dichter bij zijn ster dan andere keren, wat resulteert in een aanzienlijke oververhitting die ervoor kan zorgen dat de atmosfeer van de planeet opzwelt.

De planeet werd aanvankelijk opgemerkt door NASA's Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Het team van Kanodia deed vervolgens vervolgwaarnemingen met behulp van instrumenten op de grond, waaronder NEID en NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), beide gehuisvest in de WIYN 3.5-meter telescoop; de Habitable-zone Planet Finder (HPF) op de Hobby-Eberly-telescoop; en het Red Buttes Observatorium (RBO) in Wyoming.

TESS onderzocht de kruising van deze planeet TOI-3757 b vóór zijn ster, waardoor astronomen konden berekenen dat de diameter van de planeet ongeveer 150,000 kilometer (100,000 mijl) was, of ongeveer net iets groter dan die van Jupiter. De planeet voltooit een volledige baan rond zijn moederster in slechts 3.5 dag, 25 keer minder dan de dichtstbijzijnde planeet in ons zonnestelsel – kwik – wat ongeveer 88 dagen duurt om dit te doen.

De astronomen gebruikten vervolgens NEID en HPF om de schijnbare beweging van de ster langs de gezichtslijn te meten, ook wel bekend als de radiale snelheid. Deze metingen leverden de massa van de planeet op, die berekend werd op ongeveer een kwart van die van Jupiter, oftewel ongeveer 85 keer de massa van de aarde. Door de grootte en de massa te kennen, kon het team van Kanodia de gemiddelde dichtheid van TOI-3757 b berekenen op 0.27 gram per kubieke centimeter (ongeveer 17 gram per kubieke voet), wat het minder dan de helft van de dichtheid van Saturnus (de planeet met de laagste dichtheid) zou maken. in de Zonnestelsel), ongeveer een kwart van de dichtheid van water (wat betekent dat het zou drijven als het in een gigantische badkuip gevuld met water wordt geplaatst), of in feite qua dichtheid vergelijkbaar met een marshmallow.

“Potentiële toekomstige observaties van de atmosfeer van deze planeet met behulp van NASA’s nieuwe James Webb-ruimtetelescoop zouden licht kunnen werpen op de gezwollen aard ervan,” zegt Jessica Libby-Roberts, een postdoctoraal onderzoeker bij Pennsylvania State University en de tweede auteur op dit artikel.

“Het vinden van meer van dergelijke systemen met gigantische planeten – waarvan ooit werd aangenomen dat ze uiterst zeldzaam zijn rond rode dwergen – is onderdeel van ons doel om te begrijpen hoe planeten ontstaan,” zegt Kanodia.

De ontdekking benadrukt het belang van NEID in zijn vermogen om een ​​deel van de kandidaat te bevestigen exoplaneten momenteel ontdekt door NASA’s TESS-missie, wat belangrijke doelen oplevert voor de nieuwe missie James Webb Space Telescope (JWST) om hun sferen op te volgen en te karakteriseren. Dit zal op zijn beurt astronomen informeren waaruit de planeten zijn gemaakt en hoe ze zijn gevormd, en, voor potentieel bewoonbare rotsachtige werelden, of ze mogelijk leven kunnen ondersteunen.

Journal Reference

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 en Jason T. Wright. TOI-3757 b: een gasreus met lage dichtheid die in een baan rond een M-dwerg met een zonne-metalliciteit draait. The Astronomical Journal, jaargang 164, nummer 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20