Astronomowie zaobserwowali niezwykłą planetę podobną do Jowisza krążącą wokół chłodnego czerwonego karła

Egzoplaneta gazowa o gęstości pianki marshmallow została wykryta na orbicie wokół chłodnego czerwonego karła przez zestaw instrumentów, w tym NASA- sfinansowano instrument NEID do pomiaru prędkości radialnych na 3.5-metrowym Teleskopie WIYN w Kitt Peak National Observatory, będącym programem NOIRLab NSF. Planeta, nazwana TOI-3757 b, jest najbardziej puszystym gazowym olbrzymem, jaki kiedykolwiek odkryto wokół tego typu gwiazdy.

Astronomowie korzystający z 3.5-metrowego Teleskopu WIYN w Obserwatorium Narodowym Kitt Peak w Arizonie, programu NSF NOIRLab, zaobserwowali niezwykłą planetę podobną do Jowisza na orbicie wokół chłodnego czerwonego karła. Położona około 580 lat świetlnych od Ziemi, w konstelacji Woźnicy Woźnicy, planeta ta, zidentyfikowana jako TOI-3757 b, jest planetą o najmniejszej gęstości kiedykolwiek wykrytą wokół czerwonego karła i szacuje się, że jej średnia gęstość jest podobna do tej prawoślazu.

Gwiazdy czerwonego karła są najmniejszymi i najciemniejszymi członkami tak zwanego ciągu głównego gwiazdy — gwiazdy, które w swoich jądrach przekształcają wodór w hel w stałym tempie. Choć „fajny” w porównaniu do gwiazd takich jak nasza NiedzCzerwone karły mogą być niezwykle aktywne i wybuchać potężnymi rozbłyskami, zdolnymi do oderwania planety od atmosfery, czyniąc ten układ gwiazd pozornie niegościnnym miejscem do uformowania takiej pajęczej planety.

„Tradycyjnie uważano, że gigantyczne planety wokół czerwonych karłów są trudne do uformowania” mówi Shubham Kanodia, badacz z Carnegie Institution for Science's Earth and Planets Laboratory i pierwszy autor artykułu opublikowanego w The Astronomical Journal. „Do tej pory badano to tylko za pomocą małych próbek z przeglądów dopplerowskich, które zazwyczaj znajdują olbrzymy znajdujące się dalej od tych czerwonych karłów. Do tej pory nie mieliśmy wystarczająco dużej próbki planet, aby znaleźć bliski gaz planet w solidny sposób.”

Wciąż istnieją niewyjaśnione tajemnice otaczające TOI-3757 b, z których największą jest to, jak gazowy gigant może formować się wokół czerwonego karła, a zwłaszcza planety o tak małej gęstości. Zespół Kanodii uważa jednak, że może znaleźć rozwiązanie tej tajemnicy.

Proponują, że bardzo niska gęstość TOI-3757 b może być wynikiem dwóch czynników. Pierwsza dotyczy skalistego jądra planety; Uważa się, że gazowe olbrzymy zaczynają się jako masywne skaliste jądra o masie dziesięciokrotnie większej od ziemia, w którym to momencie szybko wciągają duże ilości sąsiedniego gazu, tworząc gazowe olbrzymy, które widzimy dzisiaj. Gwiazda TOI-3757 b ma mniejszą obfitość ciężkich pierwiastków w porównaniu do innych karłów typu M z gazowymi olbrzymami, co mogło skutkować wolniejszym formowaniem się skalistego jądra, opóźniając początek akrecji gazu, a tym samym wpływając na ogólną gęstość planety.

Drugim czynnikiem może być orbita planety, którą wstępnie uważa się za nieco eliptyczną. Czasami zbliża się do swojej gwiazdy niż innym razem, co powoduje znaczne nadmierne ogrzewanie, które może spowodować rozdęcie atmosfery planety.

Planeta została początkowo zauważona przez NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Zespół Kanodii przeprowadził następnie obserwacje za pomocą instrumentów naziemnych, w tym NEID i NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), oba umieszczone na 3.5-metrowym Teleskopie WIYN; Wyszukiwarka planet zamieszkałych w strefie (HPF) na Teleskopie Hobby-Eberly; oraz Obserwatorium Red Buttes (RBO) w Wyoming.

TESS zbadał przejście tej planety TOI-3757 b przed jej gwiazdą, co pozwoliło astronomom obliczyć średnicę planety na około 150,000 100,000 kilometrów (3.5 25 mil) lub tylko nieco większą niż średnica Jowisza. Planeta kończy pełną orbitę wokół swojej gwiazdy macierzystej w zaledwie XNUMX dnia, XNUMX razy mniej niż najbliższa planeta w naszym Układzie Słonecznym — rtęć — co zajmuje około 88 dni.

Astronomowie wykorzystali następnie NEID i HPF do pomiaru pozornego ruchu gwiazdy wzdłuż linii widzenia, znanego również jako jej prędkość radialna. Pomiary te dostarczyły masy planety, którą obliczono na około jedną czwartą masy Jowisza, czyli około 85 mas Ziemi. Znajomość rozmiaru i masy pozwoliła zespołowi Kanodii obliczyć średnią gęstość TOI-3757 b jako wynoszącą 0.27 grama na centymetr sześcienny (około 17 gramów na stopę sześcienną), co oznaczałoby, że gęstość ta byłaby mniejsza niż połowa gęstości Saturna (planety o najniższej gęstości). w Solar system), około jednej czwartej gęstości wody (co oznacza, że ​​unosiłaby się w gigantycznej wannie wypełnionej wodą), a właściwie zbliżoną gęstością do pianki.

„Potencjalne przyszłe obserwacje atmosfery tej planety za pomocą nowego Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba mogą pomóc rzucić światło na jej opuchniętą naturę” mówi Jessica Libby-Roberts, badaczka podoktorancka w Pennsylvania State University i drugi autor tego artykułu.

„Znalezienie większej liczby takich systemów z gigantycznymi planetami – które kiedyś teoretycznie były niezwykle rzadkie wokół czerwonych karłów – jest częścią naszego celu, jakim jest zrozumienie, w jaki sposób powstają planety”. mówi Kanodia.

Odkrycie podkreśla znaczenie NEID w jego zdolności do potwierdzenia niektórych kandydatów egzoplanety obecnie odkryta przez misję NASA TESS, zapewniającą ważne cele dla nowych Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba (JWST), aby kontynuować i scharakteryzować ich atmosferę. To z kolei poinformuje astronomów, z czego zbudowane są planety i jak się uformowały, a w przypadku potencjalnie nadających się do zamieszkania światów skalistych, czy są w stanie podtrzymywać życie.

Referencje czasopisma

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 Wiśniewski i Jason T. Wright. TOI-3757 b: Gazowy gigant o niskiej gęstości krążący wokół karła M o metalicznej słoneczności. The Astronomical Journal, tom 164, numer 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20