Гигантска пухкава планета в орбита около хладна звезда червено джудже

Телескопът Kitt Peak на Националната обсерватория помага да се определи това[{“ attribute=““>Jupiter-like Planet is the lowest-density gas giant ever detected around a red dwarf.

A gas giant exoplanet with the density of a marshmallow has been detected in orbit around a cool red dwarf star. A suite of astronomical instruments was used to make the observations, including the NASA-funded NEID radial-velocity instrument on the WIYN 3.5-meter Telescope at Kitt Peak National Observatory, a Program of NSF’s NOIRLab. Named TOI-3757 b, the exoplanet is the fluffiest gas giant planet ever discovered around this type of star.

Using the WIYN 3.5-meter Telescope at Kitt Peak National Observatory in Arizona, astronomers have observed an unusual Jupiter-like planet in orbit around a cool red dwarf star. Located in the constellation of Auriga the Charioteer around 580 light-years from Earth, this planet, identified as TOI-3757 b, is the lowest-density planet ever detected around a red dwarf star and is estimated to have an average density akin to that of a marshmallow.

Red dwarf stars are the smallest and dimmest members of so-called main-sequence stars — stars that convert hydrogen into helium in their cores at a steady rate. Although they are “cool” compared to stars like our Sun, red dwarf stars can be extremely active and erupt with powerful flares. This can strip orbiting planets of their atmospheres, making this star system a seemingly inhospitable location to form such a gossamer planet.

Шубхам Канодиа, изследовател в Лабораторията за Земята и планетата на Института Карнеги и първи автор на статия, публикувана в Астрологичен вестникда се. Досега това е било наблюдавано само от малки проби от доплерови изследвания, които обикновено са откривали гигантски планети далеч от тези звезди червени джуджета. Досега не сме имали достатъчно голяма извадка от планети, за да намерим близки газови планети по стабилен начин.“

Все още има необясними мистерии около TOI-3757 b, главната сред които е как може да се образува газова гигантска планета около звезда червено джудже, особено планета с ниска плътност. Екипът на Kanodia обаче вярва, че може да има решение на тази мистерия.

От Земята от Националната обсерватория Кейт Пийк (KPNO), програма на NSF NOIRLab, 3,5-метровият телескоп Wisconsin-Indiana-Yale-Noirlab (WIYN) изглежда наблюдава Млечния път, докато излиза от хоризонта. Червеникави атмосферни отблясъци, природен феномен, също оцветяват хоризонта. KPNO се намира в пустинята Sonoran в Аризона в нацията Tohono O’odham и този ясен изглед на част от равнината на Млечния път показва благоприятните условия в тази среда, необходими за гледане на бледи небесни тела. Тези условия, които включват ниски нива на светлинно замърсяване, 20-градусово по-тъмно небе и сухи климатични условия, позволиха на изследователите от консорциума WIYN да продължат да наблюдават галактики, мъглявини и екзопланети, както и много други астрономически цели, използвайки WIYN 3.5- метров телескоп и неговата сестра, WIYN 0,9-метров телескоп. Кредит: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/Р. Спаркс

Те предполагат, че изключително ниската плътност на TOI-3757 b може да е резултат от два фактора. Първият се отнася до скалистото ядро ​​на планетата; Смята се, че газовите гиганти започват като масивни скалисти ядра с маса около десет пъти по-голяма от масата на Земята, в който момент те бързо извличат големи количества близък газ, за ​​да образуват газовите гиганти, които виждаме днес. TOI-3757b има по-малко изобилие от тежки елементи в сравнение с други М джуджета с газови гиганти и това може да е довело до по-бавно образуване на скалистото ядро, забавяйки началото на натрупването на газ и по този начин засягайки общата плътност на планетата.

Вторият фактор може да бъде орбитата на планетата, която условно се смята за леко елипсовидна. Има моменти, когато се доближава до своята звезда повече от други моменти, което води до значително прекомерно нагряване, което може да доведе до раздуване на атмосферата на планетата.

Транзитният сателит на НАСА за изследване на екзопланети ([{“ attribute=““>TESS) initially spotted the planet. Kanodia’s team then made follow-up observations using ground-based instruments, including NEID and NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), both housed at the WIYN 3.5-meter Telescope; the Habitable-zone Planet Finder (HPF) on the Hobby-Eberly Telescope; and the Red Buttes Observatory (RBO) in Wyoming.

TESS surveyed the crossing of this planet TOI-3757 b in front of its star, which allowed astronomers to calculate the planet’s diameter to be about 150,000 kilometers (100,000 miles) or about just slightly larger than that of Jupiter. The planet finishes one complete orbit around its host star in just 3.5 days, 25 times less than the closest planet in our Solar System — Mercury — which takes about 88 days to do so.

The astronomers then used NEID and HPF to measure the star’s apparent motion along the line of sight, also known as its radial velocity. These measurements provided the planet’s mass, which was calculated to be about one-quarter that of Jupiter, or about 85 times the mass of the Earth. Knowing the size and the mass allowed Kanodia’s team to calculate TOI-3757 b’s average density as being 0.27 grams per cubic centimeter (about 17 grams per cubic feet), which would make it less than half the density of Saturn (the lowest-density planet in the Solar System), about one quarter the density of water (meaning it would float if placed in a giant bathtub filled with water), or in fact, similar in density to a marshmallow.

“Potential future observations of the atmosphere of this planet using NASA’s new James Webb Space Telescope could help shed light on its puffy nature,” says Jessica Libby-Roberts, a postdoctoral researcher at Pennsylvania State University and the second author on this paper.

“Finding more such systems with giant planets — which were once theorized to be extremely rare around red dwarfs — is part of our goal to understand how planets form,” says Kanodia.

The discovery highlights the importance of NEID in its ability to confirm some of the candidate exoplanets currently being discovered by NASA’s TESS mission, providing important targets for the new James Webb Space Telescope (JWST) to follow up on and begin characterizing their atmospheres. This will in turn inform astronomers what the planets are made of and how they formed and, for potentially habitable rocky worlds, whether they might be able to support life.

Reference: “TOI-3757 b: A low-density gas giant orbiting a solar-metallicity M dwarf” by Shubham Kanodia, Jessica Libby-Roberts, Caleb I. Cañas, Joe P. Ninan, Suvrath Mahadevan, Gudmundur Stefansson, Andrea S. J. 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 and Jason T. Wright, 5 August 2022, The Astronomical Journal.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20