Гигантская пушистая планета, вращающаяся вокруг холодного красного карлика

Телескоп Китт-Пик Национальной обсерватории помогает определить это.[{» 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.

Шабхам Канодиа, исследователь лаборатории Земли и планет Института науки Карнеги и первый автор статьи, опубликованной в Астрологический журналк. До сих пор это было замечено только небольшими выборками доплеровских исследований, которые обычно находили планеты-гиганты вдали от этих красных карликов. До сих пор у нас не было достаточно большой выборки планет, чтобы найти близлежащие газовые планеты надежным способом».

До сих пор существуют необъяснимые загадки, окружающие TOI-3757 b, главная из которых — как газовый гигант мог образоваться вокруг красного карлика, особенно планеты с низкой плотностью. Однако команда Kanodia считает, что у них может быть разгадка этой загадки.

С Земли из Национальной обсерватории Кит-Пик (KPNO), программы NSF NOIRLab, 3,5-метровый телескоп Wisconsin-Indiana-Yale-Noirlab (WIYN), кажется, наблюдает за Млечным Путем, когда он выходит из-за горизонта. Красноватые атмосферные блики, естественное явление, также окрашивают горизонт. KPNO расположен в Аризонской пустыне Сонора в нации Тохоно О’одхам, и этот четкий вид части плоскости Млечного Пути показывает благоприятные условия в этой среде, необходимые для наблюдения за слабыми небесными телами. Эти условия, в том числе низкий уровень светового загрязнения, более темное небо на 20 градусов и сухие погодные условия, позволили исследователям из консорциума WIYN продолжать наблюдать галактики, туманности и экзопланеты, а также многие другие астрономические объекты с помощью WIYN 3.5. метрового телескопа и его родственного 0,9-метрового телескопа WIYN. Авторы и права: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/Р. Спаркс

Они предполагают, что чрезвычайно низкая плотность TOI-3757 b может быть результатом двух факторов. Первый относится к каменистому ядру планеты; Считается, что газовые гиганты начинаются как массивные каменные ядра с массой примерно в десять раз больше массы Земли, после чего они быстро втягивают большое количество близлежащего газа, образуя газовые гиганты, которые мы видим сегодня. TOI-3757b имеет более низкое содержание тяжелых элементов, чем другие карлики M с газовыми гигантами, и это могло привести к более медленному формированию каменного ядра, задерживая начало накопления газа и, таким образом, влияя на общую плотность планеты.

Вторым фактором может быть орбита планеты, которая предварительно считается слегка эллиптической. Бывают моменты, когда он приближается к своей звезде, чем в другие времена, что приводит к значительному избыточному нагреву, который может вызвать вздутие атмосферы планеты.

Транзитный спутник НАСА для исследования экзопланет ([{» 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