Một ngoại hành tinh khí khổng lồ với mật độ của một viên kẹo dẻo đã được phát hiện trên quỹ đạo xung quanh một ngôi sao lùn đỏ lạnh bằng một bộ thiết bị, bao gồm cả NASA-thiết bị vận tốc xuyên tâm NEID được tài trợ trên Kính thiên văn 3.5 mét WIYN tại Đài thiên văn quốc gia Kitt Peak, một Chương trình của NOIRLab của NSF. Hành tinh có tên TOI-3757 b, là hành tinh khí khổng lồ mịn nhất từng được phát hiện xung quanh loại sao này.
Các nhà thiên văn học sử dụng Kính thiên văn 3.5 mét WIYN tại Đài thiên văn quốc gia Kitt Peak ở Arizona, một Chương trình của NSF NOIRLab, đã quan sát thấy một hành tinh giống sao Mộc khác thường trên quỹ đạo quanh một ngôi sao lùn đỏ lạnh. Nằm cách Trái đất khoảng 580 năm ánh sáng trong chòm sao Auriga the Charioteer, hành tinh này, được xác định là TOI-3757 b, là hành tinh có mật độ thấp nhất từng được phát hiện xung quanh một ngôi sao lùn đỏ và ước tính có mật độ trung bình tương tự như vậy của một chiếc kẹo dẻo.
Sao lùn đỏ là thành viên nhỏ nhất và mờ nhất của cái gọi là dãy chính sao — những ngôi sao chuyển đổi hydro thành heli trong lõi của chúng với tốc độ ổn định. Dù “ngầu” so với những ngôi sao như chúng ta mặt trời, các ngôi sao lùn đỏ có thể cực kỳ năng động và phun ra những tia lửa mạnh có khả năng tước bỏ bầu khí quyển của một hành tinh, khiến hệ sao này trở thành một địa điểm dường như không thích hợp để hình thành một hành tinh mỏng như tơ như vậy.
“Các hành tinh khổng lồ xung quanh các ngôi sao lùn đỏ thường được cho là khó hình thành,” Shubham Kanodia, một nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Trái đất và Hành tinh của Viện Khoa học Carnegie và là tác giả đầu tiên của một bài báo đăng trên tạp chí Tạp chí Thiên văn. “Cho đến nay, điều này mới chỉ được xem xét với các mẫu nhỏ từ các cuộc khảo sát Doppler, vốn thường tìm thấy các hành tinh khổng lồ ở xa các ngôi sao lùn đỏ này. Cho đến bây giờ chúng ta vẫn chưa có một mẫu hành tinh đủ lớn để tìm thấy khí ở gần hành tinh một cách mạnh mẽ.”
Vẫn còn những bí ẩn chưa giải thích được xung quanh TOI-3757 b, bí ẩn lớn nhất là làm thế nào một hành tinh khí khổng lồ có thể hình thành xung quanh một ngôi sao lùn đỏ, và đặc biệt là một hành tinh có mật độ thấp như vậy. Tuy nhiên, nhóm của Kanodia nghĩ rằng họ có thể có lời giải cho bí ẩn đó.
Họ đề xuất rằng mật độ cực thấp của TOI-3757 b có thể là kết quả của hai yếu tố. Đầu tiên liên quan đến lõi đá của hành tinh; những người khổng lồ khí được cho là bắt đầu như những lõi đá khổng lồ có khối lượng gấp mười lần khối lượng Trái đất, tại thời điểm đó, chúng nhanh chóng hút một lượng lớn khí đốt lân cận để tạo thành những hành tinh khí khổng lồ mà chúng ta thấy ngày nay. Ngôi sao của TOI-3757 b có lượng nguyên tố nặng ít hơn so với các sao lùn M khác có khí khổng lồ và điều này có thể dẫn đến lõi đá hình thành chậm hơn, làm chậm quá trình bồi tụ khí và do đó ảnh hưởng đến mật độ tổng thể của hành tinh.
Yếu tố thứ hai có thể là quỹ đạo của hành tinh, được cho là tạm thời có hình elip. Có những thời điểm nó đến gần ngôi sao của nó hơn những thời điểm khác, dẫn đến sự nóng lên quá mức đáng kể có thể khiến bầu khí quyển của hành tinh phồng lên.
Hành tinh này ban đầu được phát hiện bởi Vệ tinh Khảo sát Ngoại hành tinh Quá cảnh (TESS) của NASA. Sau đó, nhóm của Kanodia đã thực hiện các quan sát tiếp theo bằng cách sử dụng các công cụ trên mặt đất, bao gồm NEID và NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), cả hai đều được đặt tại Kính thiên văn 3.5 mét WIYN; Công cụ tìm kiếm hành tinh trong khu vực có thể ở được (HPF) trên Kính thiên văn Sở thích-Eberly; và Đài thiên văn Red Buttes (RBO) ở Wyoming.
TESS đã khảo sát sự giao nhau của hành tinh TOI-3757 b này trước ngôi sao của nó, điều này cho phép các nhà thiên văn học tính toán đường kính của hành tinh vào khoảng 150,000 km (100,000 dặm) hoặc chỉ lớn hơn một chút so với đường kính của Sao Mộc. Hành tinh này hoàn thành một quỹ đạo hoàn chỉnh quanh ngôi sao chủ của nó chỉ trong 3.5 ngày, ít hơn 25 lần so với hành tinh gần nhất trong Hệ Mặt trời của chúng ta — thủy ngân — mất khoảng 88 ngày để làm như vậy.
Sau đó, các nhà thiên văn học đã sử dụng NEID và HPF để đo chuyển động biểu kiến của ngôi sao dọc theo đường ngắm, còn được gọi là vận tốc hướng tâm của nó. Các phép đo này cung cấp khối lượng của hành tinh, được tính toán là khoảng một phần tư khối lượng của Sao Mộc, hoặc khoảng 85 lần khối lượng Trái đất. Biết được kích thước và khối lượng cho phép nhóm của Kanodia tính được mật độ trung bình của TOI-3757 b là 0.27 gam trên centimet khối (khoảng 17 gam trên mỗi feet khối), điều này sẽ làm cho nó nhỏ hơn một nửa mật độ của Sao Thổ (hành tinh có mật độ thấp nhất). bên trong Hệ mặt trời), khoảng một phần tư mật độ của nước (có nghĩa là nó sẽ nổi nếu được đặt trong một bồn tắm khổng lồ chứa đầy nước), hoặc trên thực tế, có mật độ tương tự như một viên kẹo dẻo.
“Các quan sát tiềm năng trong tương lai về bầu khí quyển của hành tinh này bằng Kính viễn vọng Không gian James Webb mới của NASA có thể giúp làm sáng tỏ bản chất sưng húp của nó,” Jessica Libby-Roberts, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học bang Pennsylvania và là tác giả thứ hai của bài viết này.
“Việc tìm kiếm thêm những hệ thống như vậy với các hành tinh khổng lồ — thứ từng được lý thuyết hóa là cực kỳ hiếm xung quanh các sao lùn đỏ — là một phần trong mục tiêu của chúng tôi nhằm tìm hiểu cách các hành tinh hình thành,” Kanodia nói.
Tín dụng:
Hình ảnh và Video: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Động cơ vũ trụ/M. Zamani, KPNO/P. Marenfeld, ESA/Hubble/M. Kornmesser
Âm nhạc: Stellardrone – Airglow
Khám phá nêu bật tầm quan trọng của NEID trong khả năng xác nhận một số ứng cử viên ngoại hành tinh hiện đang được phát hiện bởi nhiệm vụ TESS của NASA, cung cấp các mục tiêu quan trọng cho thế giới mới Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) để theo dõi và bắt đầu mô tả bầu khí quyển của họ. Điều này sẽ lần lượt cung cấp thông tin cho các nhà thiên văn học về cấu tạo của các hành tinh và cách chúng hình thành và, đối với các thế giới đá có khả năng sinh sống được, liệu chúng có thể hỗ trợ sự sống hay không.
Tham khảo nhật ký
- 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 và Jason T. Wright. TOI-3757 b: Một người khổng lồ khí mật độ thấp quay quanh một người lùn M kim loại mặt trời. Tạp chí Thiên văn, Tập 164, Số 3 DOI: DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20
