Een gigantische pluizige planeet in een baan om een ​​koele rode dwergster

De Kitt Peak-telescoop van de National Observatory helpt dit te bepalen[{” 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.

Shubham Kanodia, een onderzoeker aan het Carnegie Institution for Science’s Earth and Planetary Laboratory en eerste auteur van een paper gepubliceerd in Astrologisch journaaltot. Tot nu toe is dit alleen waargenomen door kleine monsters van Doppler-onderzoeken, die meestal reuzenplaneten hebben gevonden die ver van deze rode dwergsterren verwijderd zijn. Tot nu toe hebben we niet een monster van voldoende planeten gehad om nabije gasplaneten op een robuuste manier te vinden.”

Er zijn nog steeds onverklaarbare mysteries rond TOI-3757 b, waarvan de belangrijkste zijn hoe een gasreuzenplaneet zich zou kunnen vormen rond een rode dwergster, vooral een planeet met een lage dichtheid. Het Kanodia-team gelooft echter dat ze een oplossing voor dit mysterie hebben.

Vanaf het terrein van Kit Peak National Observatory (KPNO), een programma van NSF NOIRLab, lijkt de 3,5-meter Wisconsin-Indiana-Yale-NOIRLab (WIYN)-telescoop de Melkweg te observeren terwijl deze uit de horizon komt. Roodachtige atmosferische schittering, een natuurlijk fenomeen, kleurt ook de horizon. KPNO bevindt zich in de Sonorawoestijn van Arizona in de Tohono O’odham Nation en deze duidelijke weergave van een deel van het vlak van de Melkweg toont de gunstige omstandigheden in deze omgeving die nodig zijn om zwakke hemellichamen te zien. Deze omstandigheden, waaronder lage niveaus van lichtvervuiling, 20° donkerdere luchten en droge atmosferische omstandigheden, stelden onderzoekers van het WIYN-consortium in staat observaties van sterrenstelsels, nevels en exoplaneten te volgen, evenals vele andere astronomische doelen met behulp van de WIYN 3,5-meter telescoop en zijn zus, de WIYN 0,9-meter telescoop. Krediet: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Sparks

Ze suggereren dat de extreem lage dichtheid van TOI-3757 b het resultaat zou kunnen zijn van twee factoren. De eerste heeft betrekking op de rotsachtige kern van de planeet; Men denkt dat gasreuzen beginnen als massieve rotskernen met een massa van ongeveer tien keer de massa van de aarde, waarna ze snel grote hoeveelheden nabijgelegen gas naar binnen trekken om de gasreuzen te vormen die we vandaag zien. TOI-3757b heeft een lagere abundantie van zware elementen dan andere M-dwergen met gasreuzen, en dit kan hebben geleid tot een langzamere kernvorming, waardoor het begin van gasaccumulatie wordt vertraagd en dus de algehele dichtheid van de planeet wordt beïnvloed.

Een tweede factor kan de baan van de planeet zijn, die voorlopig als enigszins elliptisch wordt beschouwd. Er zijn momenten waarop het dichter bij zijn ster komt dan op andere momenten, wat resulteert in een aanzienlijke overmatige verwarming die de atmosfeer van de planeet kan doen opzwellen.

NASA’s Transiting Satellite voor Exoplanet Survey ([{” 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