Astrônomos observaram um planeta incomum semelhante a Júpiter orbitando uma estrela anã vermelha fria

Um exoplaneta gigante gasoso com a densidade de um marshmallow foi detectado em órbita em torno de uma estrela anã vermelha fria por um conjunto de instrumentos, incluindo o NASAinstrumento de velocidade radial NEID financiado no Telescópio WIYN de 3.5 metros no Observatório Nacional Kitt Peak, um programa do NOIRLab da NSF. O planeta, denominado TOI-3757 b, é o planeta gigante gasoso mais fofo já descoberto em torno deste tipo de estrela.

Astrônomos usando o telescópio WIYN de 3.5 metros no Observatório Nacional Kitt Peak, no Arizona, um programa da NSF NOIRLab, observaram um planeta incomum semelhante a Júpiter em órbita em torno de uma estrela anã vermelha fria. Localizado a aproximadamente 580 anos-luz da Terra, na constelação de Auriga, o Cocheiro, este planeta, identificado como TOI-3757 b, é o planeta de menor densidade já detectado em torno de uma estrela anã vermelha e estima-se que tenha uma densidade média semelhante a essa. de um marshmallow.

As estrelas anãs vermelhas são os membros menores e mais escuros da chamada sequência principal estrelas — estrelas que convertem hidrogênio em hélio em seus núcleos a uma taxa constante. Embora “legal” em comparação com estrelas como a nossa Espreguiçadeiras, as estrelas anãs vermelhas podem ser extremamente ativas e entrar em erupção com explosões poderosas capazes de retirar a atmosfera de um planeta, tornando este sistema estelar um local aparentemente inóspito para formar um planeta tão tênue.

“Pensa-se tradicionalmente que planetas gigantes em torno de estrelas anãs vermelhas são difíceis de formar,” diz Shubham Kanodia, pesquisador do Laboratório de Terra e Planetas da Carnegie Institution for Science e primeiro autor de um artigo publicado em O Jornal Astronômico. “Até agora, isto só foi observado com pequenas amostras de rastreios Doppler, que normalmente encontraram planetas gigantes mais distantes destas estrelas anãs vermelhas. Até agora não tivemos uma amostra grande o suficiente de planetas para encontrar gás próximo planetas de maneira robusta.”

Ainda existem mistérios inexplicáveis ​​em torno de TOI-3757 b, sendo o maior deles como um planeta gigante gasoso pode se formar em torno de uma estrela anã vermelha, e especialmente de um planeta de baixa densidade. A equipe de Kanodia, entretanto, acha que pode ter uma solução para esse mistério.

Eles propõem que a densidade extrabaixa do TOI-3757 b pode ser o resultado de dois fatores. A primeira diz respeito ao núcleo rochoso do planeta; Acredita-se que os gigantes gasosos comecem como núcleos rochosos massivos com cerca de dez vezes a massa de Terra, altura em que puxam rapidamente grandes quantidades de gás vizinho para formar os gigantes gasosos que vemos hoje. A estrela TOI-3757 b tem uma abundância menor de elementos pesados ​​em comparação com outras anãs M com gigantes gasosos, e isso pode ter resultado na formação mais lenta do núcleo rochoso, atrasando o início da acreção de gás e, portanto, afetando a densidade geral do planeta.

O segundo factor pode ser a órbita do planeta, que se pensa ser ligeiramente elíptica. Há momentos em que ele se aproxima mais de sua estrela do que em outros momentos, resultando em um aquecimento excessivo substancial que pode causar inchaço na atmosfera do planeta.

O planeta foi inicialmente avistado pelo Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) da NASA. A equipe de Kanodia fez então observações de acompanhamento usando instrumentos terrestres, incluindo NEID e NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), ambos alojados no Telescópio WIYN de 3.5 metros; o Localizador de Planetas de Zona Habitável (HPF) no Telescópio Hobby-Eberly; e o Observatório Red Buttes (RBO) em Wyoming.

O TESS pesquisou a passagem deste planeta TOI-3757 b em frente à sua estrela, o que permitiu aos astrónomos calcular o diâmetro do planeta em cerca de 150,000 quilómetros (100,000 milhas) ou apenas ligeiramente maior que o de Júpiter. O planeta completa uma órbita completa em torno da sua estrela hospedeira em apenas 3.5 dias, 25 vezes menos que o planeta mais próximo do nosso Sistema Solar — Mercúrio – o que leva cerca de 88 dias para ser feito.

Os astrónomos usaram então o NEID e o HPF para medir o movimento aparente da estrela ao longo da linha de visão, também conhecido como velocidade radial. Estas medições forneceram a massa do planeta, que foi calculada como sendo cerca de um quarto da massa de Júpiter, ou cerca de 85 vezes a massa da Terra. Conhecer o tamanho e a massa permitiu à equipe de Kanodia calcular a densidade média do TOI-3757 b como sendo 0.27 gramas por centímetro cúbico (cerca de 17 gramas por pé cúbico), o que o tornaria menos da metade da densidade de Saturno (o planeta de menor densidade no Sistema Solar), cerca de um quarto da densidade da água (o que significa que flutuaria se colocada em uma banheira gigante cheia de água) ou, na verdade, semelhante em densidade a um marshmallow.

“Potenciais observações futuras da atmosfera deste planeta usando o novo Telescópio Espacial James Webb da NASA poderiam ajudar a lançar luz sobre a sua natureza inchada,” diz Jessica Libby-Roberts, pesquisadora de pós-doutorado na Universidade Estadual da Pensilvânia e o segundo autor deste artigo.

“Encontrar mais sistemas desse tipo com planetas gigantes – que já foram teorizados como extremamente raros em torno de anãs vermelhas – é parte do nosso objetivo de entender como os planetas se formam”, diz Kanódia.

A descoberta destaca a importância do NEID na sua capacidade de confirmar alguns dos candidatos exoplanetas atualmente sendo descoberto pela missão TESS da NASA, fornecendo alvos importantes para o novo Telescópio espacial James Webb (JWST) para acompanhar e começar a caracterizar suas atmosferas. Isto, por sua vez, informará os astrónomos de que são feitos os planetas e como se formaram e, no caso de mundos rochosos potencialmente habitáveis, se poderão ser capazes de sustentar vida.

Referência de revista

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: Um gigante gasoso de baixa densidade orbitando um anão M de metalicidade solar. The Astronomical Journal, Volume 164, Número 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20