Teleskop Kitt Peak National Observatory pomaga ustalić, że planeta podobna do Jowisza jest gazowym olbrzymem o najniższej gęstości, jakiego kiedykolwiek wykryto wokół czerwonego karła.
Astronomowie zaobserwowali niezwykłą egzoplanetę podobną do Jowisza na orbicie wokół chłodnego czerwonego karła. Znajdująca się około 580 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Woźnicy, planeta ta, nazwana TOI-3757 b, jest planetą o najniższej gęstości, jaką kiedykolwiek wykryto wokół czerwonego karła i szacuje się, że ma średnią gęstość zbliżoną do gęstości ptasiego mleczka.
Czerwone karły są najmniejszymi i najsłabszymi członkami tzw. gwiazd ciągu głównego – gwiazd, które w swoim jądrze w stałym tempie przetwarzają wodór na hel. Chociaż „chłodne” w porównaniu z gwiazdami takimi jak nasze Słońce, czerwone karły mogą być niezwykle aktywne i wybuchać potężnymi rozbłyskami zdolnymi pozbawić planety atmosfery, co sprawia, że ten układ gwiazd jest pozornie niegościnnym miejscem do powstania takiej delikatnej planety.
Olbrzymie planety wokół czerwonych karłów tradycyjnie uważano za trudne do uformowania – mówi Shubham Kanodia, badacz z Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory i pierwszy autor artykułu opublikowanego w The Astronomical Journal. Do tej pory badano to tylko za pomocą małych próbek z przeglądów dopplerowskich, który zazwyczaj znajdują olbrzymy krążące dalej od tych czerwonych karłów. Do tej pory nie mieliśmy wystarczająco dużej próbki planet, aby w solidny sposób znaleźć bliskie planety gazowe.
Wciąż istnieją niewyjaśnione tajemnice otaczające TOI-3757 b, z których największą jest to, jak gazowy olbrzym może formować się wokół czerwonego karła, a zwłaszcza planety o tak małej gęstości. Zespół Kanodii uważa jednak, że może znaleźć rozwiązanie tej tajemnicy.
Proponują oni, że bardzo niska gęstość TOI-3757 b może być wynikiem dwóch czynników. Pierwszy dotyczy skalistego jądra planety; uważa się, że gazowe olbrzymy zaczynają jako masywne skaliste jądra o masie około 10 razy większej niż masa Ziemi, w którym to momencie gwałtownie wciągają duże ilości sąsiedniego gazu, tworząc gazowe olbrzymy, które widzimy dzisiaj. Macierzysta gwiazda TOI-3757 b ma mniejszą obfitość ciężkich pierwiastków w porównaniu do innych karłów typu M z gazowymi olbrzymami, a to mogło spowodować, że skaliste jądro formowało się wolniej, opóźniając początek akrecji gazu i tym samym wpływając na ogólną gęstość planety.
Drugim czynnikiem może być orbita planety, która wstępnie uważana jest za lekko eliptyczną. W pewnych okresach zbliża się ona do swojej gwiazdy bardziej niż w innych, co powoduje znaczne nadwyżki ciepła, które mogą powodować rozdęcie atmosfery planety.
Planeta została początkowo dostrzeżona przez sondę Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Zespół Kanodii przeprowadził następnie obserwacje za pomocą naziemnych instrumentów.
TESS zbadał przejście TOI-3757 b przed jej gwiazdą, co pozwoliło astronomom obliczyć, że średnica planety wynosi 150 000 km (nieco większa od średnicy Jowisza). Planeta dokonuje jednego pełnego obiegu wokół gwiazdy w czasie zaledwie 3,5 dnia, czyli 25 razy krócej niż najbliższa planeta w naszym Układzie Słonecznym – Merkury – która potrzebuje na to około 88 dni.
Astronomowie użyli instrumentów NEID i HPF do zmierzenia prędkości radialnej gwiazdy. Pomiary te pozwoliły określić masę planety, która według obliczeń wynosiła około ¼ masy Jowisza, lub około 85 razy więcej niż masa Ziemi. Znajomość rozmiaru i masy pozwoliła zespołowi Kanodii określić średnią gęstość TOI-3757 b na 0,27 g/cm3, co pokazuje, że jej gęstość wynosi mniej niż połowę gęstości Saturna (planety o najniższej gęstości w Układzie Słonecznym), około ¼ gęstości wody, a w rzeczywistości ma gęstość podobną do ptasiego mleczka.
Potencjalne przyszłe obserwacje atmosfery tej planety przy użyciu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba mogą pomóc rzucić światło na jej puchatą naturę – mówi Jessica Libby-Roberts, doktorantka z Pennsylvania State University i druga autorka tego artykułu.
Znalezienie większej liczby takich układów z olbrzymimi planetami - o których kiedyś teoretyzować, że są niezwykle rzadkie wokół czerwonych karłów – jest częścią naszego celu, jakim jest zrozumienie, jak tworzą się planety – mówi Kanodia.
Odkrycie to podkreśla znaczenie instrumentu NEID w jego zdolności do potwierdzenia niektórych kandydatek na egzoplanety, które są obecnie odkrywane przez misję TESS, zapewniając ważne cele dla JWST, aby śledzić i zacząć charakteryzować ich atmosfery, z czego zbudowane są planety i jak się uformowały, a w przypadku potencjalnie nadających się do zamieszkania skalistych światów, czy mogą one być zdolne do podtrzymania życia.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- ‘Marshmallow’ World Orbiting a Cool Red Dwarf Star
- TOI-3757 b: A Low-density Gas Giant Orbiting a Solar-metallicity M Dwarf
Źródło: NOIRLab
Na ilustracji: Wizja artystyczna skrajnie puchatego gazowego olbrzyma krążącego wokół czerwonego karła. Źródło: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani.
