En gassgigantisk eksoplanet med tettheten til en marshmallow er blitt oppdaget i bane rundt en kjølig rød dvergstjerne av en rekke instrumenter, inkludert NASA-finansiert NEID radialhastighetsinstrument på WIYN 3.5-meters teleskop ved Kitt Peak National Observatory, et program fra NSFs NOIRLab. Planeten, kalt TOI-3757 b, er den mykeste gassgigantplaneten som noen gang er oppdaget rundt denne typen stjerne.
Astronomer som bruker WIYN 3.5-meters teleskop ved Kitt Peak National Observatory i Arizona, et program for NSFs NOIRLab, har observert en uvanlig Jupiter-lignende planet i bane rundt en kjølig rød dvergstjerne. Ligger omtrent 580 lysår fra Jorden i stjernebildet Auriga the Charioteer, denne planeten, identifisert som TOI-3757 b, er den laveste tetthetsplaneten som noen gang er oppdaget rundt en rød dvergstjerne og er anslått å ha en gjennomsnittlig tetthet tilsvarende den av en marshmallow.
Røde dvergstjerner er de minste og svakeste medlemmene av såkalt hovedsekvens stjerner — stjerner som konverterer hydrogen til helium i kjernene sine med jevn hastighet. Skjønt "kul" sammenlignet med stjerner som vår Sol, kan røde dvergstjerner være ekstremt aktive og bryte ut med kraftige bluss som er i stand til å fjerne en planet fra atmosfæren, noe som gjør dette stjernesystemet til et tilsynelatende ugjestmildt sted for å danne en så sart planet.
"Kjempeplaneter rundt røde dvergstjerner har tradisjonelt vært antatt å være vanskelig å danne," sier Shubham Kanodia, en forsker ved Carnegie Institution for Science's Earth and Planets Laboratory og førsteforfatter på en artikkel publisert i The Astronomical Journal. "Så langt har dette bare blitt sett på med små prøver fra Doppler-undersøkelser, som vanligvis har funnet gigantiske planeter lenger unna disse røde dvergstjernene. Til nå har vi ikke hatt et stort nok utvalg av planeter til å finne nærliggende gass planeter på en robust måte."
Det er fortsatt uforklarlige mysterier rundt TOI-3757 b, den store er hvordan en gassgigantisk planet kan dannes rundt en rød dvergstjerne, og spesielt en planet med lav tetthet. Kanodias team tror imidlertid de kan ha en løsning på det mysteriet.
De foreslår at den ekstra lave tettheten til TOI-3757 b kan være et resultat av to faktorer. Den første gjelder den steinete kjernen av planeten; gassgiganter antas å begynne som massive steinete kjerner omtrent ti ganger massen av Earth, og da trekker de raskt inn store mengder nabogass for å danne gassgigantene vi ser i dag. TOI-3757 bs stjerne har en lavere overflod av tunge grunnstoffer sammenlignet med andre M-dverger med gassgiganter, og dette kan ha resultert i at den steinete kjernen dannes langsommere, forsinker starten av gassdannelse og derfor påvirker planetens totale tetthet.
Den andre faktoren kan være planetens bane, som foreløpig antas å være litt elliptisk. Noen ganger kommer den nærmere stjernen enn andre ganger, noe som resulterer i betydelig overoppvarming som kan få planetens atmosfære til å blåse opp.
Planeten ble opprinnelig oppdaget av NASAs Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Kanodias team gjorde deretter oppfølgingsobservasjoner ved hjelp av bakkebaserte instrumenter, inkludert NEID og NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), begge plassert ved WIYN 3.5-meters teleskopet; Habitable-zone Planet Finder (HPF) på Hobby-Eberly-teleskopet; og Red Buttes Observatory (RBO) i Wyoming.
TESS kartla kryssingen av denne planeten TOI-3757 b foran stjernen, noe som gjorde det mulig for astronomer å beregne planetens diameter til å være omtrent 150,000 100,000 kilometer (3.5 25 miles) eller omtrent bare litt større enn Jupiters. Planeten fullfører en hel bane rundt vertsstjernen sin på bare XNUMX dager, XNUMX ganger mindre enn den nærmeste planeten i vårt solsystem — Mercury – som tar omtrent 88 dager å gjøre det.
Astronomene brukte deretter NEID og HPF for å måle stjernens tilsynelatende bevegelse langs siktlinjen, også kjent som dens radielle hastighet. Disse målingene ga planetens masse, som ble beregnet til å være omtrent en fjerdedel av Jupiter, eller omtrent 85 ganger jordens masse. Å vite størrelsen og massen tillot Kanodias team å beregne TOI-3757 bs gjennomsnittlige tetthet til å være 0.27 gram per kubikkcentimeter (omtrent 17 gram per kubikkfot), noe som ville gjøre den mindre enn halvparten av tettheten til Saturn (planeten med lavest tetthet) i Solsystem), omtrent en fjerdedel av tettheten til vann (som betyr at den ville flyte hvis den ble plassert i et gigantisk badekar fylt med vann), eller faktisk lignende i tetthet som en marshmallow.
"Potensielle fremtidige observasjoner av atmosfæren til denne planeten ved hjelp av NASAs nye James Webb-romteleskop kan bidra til å kaste lys over dens oppblåste natur," sier Jessica Libby-Roberts, en postdoktor ved Pennsylvania State University og den andre forfatteren på denne artikkelen.
"Å finne flere slike systemer med gigantiske planeter - som en gang ble teoretisert å være ekstremt sjeldne rundt røde dverger - er en del av målet vårt om å forstå hvordan planeter dannes," sier Kanodia.
credit:
Bilder og videoer: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani, KPNO/P. Marenfeld, ESA/Hubble/M. Kornmesser
Musikk: Stellardrone – Airglow
Oppdagelsen fremhever viktigheten av NEID i sin evne til å bekrefte noen av kandidatene eksoplaneter blir oppdaget av NASAs TESS-oppdrag, og gir viktige mål for den nye James Webb Space Telescope (JWST) for å følge opp og begynne å karakterisere atmosfærene deres. Dette vil igjen informere astronomer om hva planetene er laget av og hvordan de dannet seg, og, for potensielt beboelige steinete verdener, om de kan være i stand til å bære liv.
Journal Reference
- 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 og Jason T. Wright. TOI-3757 b: En gasskjempe med lav tetthet som kretser rundt en M-dverg med solmetallisitet. The Astronomical Journal, bind 164, nummer 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20
