Un exoplaneta gigante gaseoso con la densidad de un malvavisco ha sido detectado en órbita alrededor de una estrella enana roja fría por un conjunto de instrumentos, incluido el instrumento de velocidad radial NEID en el Telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional de Kitt Peak, un Programa de Laboratorio NOIR de la NSF. El planeta, llamado TOI-3757 b, es el planeta gigante gaseoso más esponjoso jamás descubierto alrededor de este tipo de estrella.
Los astrónomos que utilizan el Telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona, un Programa del NOIRLab de la NSF, han observado un planeta inusual similar a Júpiter en órbita alrededor de una estrella enana roja fría. Ubicado aproximadamente a 580 años luz de la Tierra en la constelación de Auriga the Charioteer, este planeta, identificado como TOI-3757 b, es el planeta de menor densidad jamás detectado alrededor de una estrella enana roja y se estima que tiene una densidad promedio similar a esa de un malvavisco.
Las estrellas enanas rojas son los miembros más pequeños y tenues de las llamadas estrellas de secuencia principal, estrellas que convierten hidrógeno en helio en sus núcleos a un ritmo constante. Aunque son “frías” en comparación con estrellas como nuestro sol, las estrellas enanas rojas pueden ser extremadamente activas y erupcionar con poderosas erupciones capaces de despojar a un planeta de su atmósfera, lo que hace que este sistema estelar sea un lugar aparentemente inhóspito para formar un planeta tan sutil.
“Tradicionalmente se ha pensado que los planetas gigantes alrededor de estrellas enanas rojas son difíciles de formar”, dice Shubham Kanodia, investigador del Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory y primer autor de un artículo publicado en The Astrophysical Journal. “Hasta ahora, esto solo se ha analizado con pequeñas muestras de estudios Doppler, que generalmente han encontrado planetas gigantes más alejados de estas estrellas enanas rojas. Hasta ahora, no hemos tenido una muestra de planetas lo suficientemente grande como para encontrar planetas gaseosos cercanos en una manera robusta”.
Todavía hay misterios sin explicar en torno a TOI-3757 b, el más importante es cómo se puede formar un planeta gigante gaseoso alrededor de una estrella enana roja, y especialmente un planeta de baja densidad. El equipo de Kanodia, sin embargo, cree que podría tener una solución a ese misterio.
Proponen que la densidad extra baja de TOI-3757 b podría ser el resultado de dos factores. El primero se relaciona con el núcleo rocoso del planeta; Se cree que los gigantes gaseosos comienzan como núcleos rocosos masivos de unas diez veces la masa de la Tierra, momento en el que atraen rápidamente grandes cantidades de gas vecino para formar los gigantes gaseosos que vemos hoy. La estrella de TOI-3757b tiene una menor abundancia de elementos pesados en comparación con otras enanas M con gigantes gaseosos, y esto puede haber dado como resultado que el núcleo rocoso se formara más lentamente, retrasando el inicio de la acumulación de gas y, por lo tanto, afectando la densidad general del planeta.
El segundo factor puede ser la órbita del planeta, que tentativamente se cree que es ligeramente elíptica. Hay momentos en que se acerca más a su estrella que en otros momentos, lo que resulta en un exceso de calor sustancial que puede causar que la atmósfera del planeta se hinche.
El planeta fue detectado inicialmente por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA. Luego, el equipo de Kanodia realizó observaciones de seguimiento utilizando instrumentos terrestres, incluidos NEID y NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), ambos alojados en el telescopio WIYN de 3,5 metros; el buscador de planetas de zona habitable (HPF) en el telescopio Hobby-Eberly; y el Observatorio Red Buttes (RBO) en Wyoming.
TESS inspeccionó el cruce de este planeta TOI-3757 b frente a su estrella, lo que permitió a los astrónomos calcular el diámetro del planeta en unos 150 000 kilómetros (100 000 millas) o un poco más grande que el de Júpiter. El planeta completa una órbita completa alrededor de su estrella anfitriona en solo 3,5 días, 25 veces menos que el planeta más cercano de nuestro sistema solar, Mercurio, que tarda unos 88 días en hacerlo.
Luego, los astrónomos usaron NEID y HPF para medir el movimiento aparente de la estrella a lo largo de la línea de visión, también conocida como su velocidad radial. Estas medidas proporcionaron la masa del planeta, que se calculó en aproximadamente un cuarto de la de Júpiter, o aproximadamente 85 veces la masa de la Tierra. Conocer el tamaño y la masa permitió al equipo de Kanodia calcular la densidad promedio de TOI-3757 b en 0,27 gramos por centímetro cúbico (alrededor de 17 gramos por pie cúbico), lo que lo haría menos de la mitad de la densidad de Saturno (el planeta de menor densidad). en el sistema solar), aproximadamente una cuarta parte de la densidad del agua (lo que significa que flotaría si se colocara en una bañera gigante llena de agua), o de hecho, similar en densidad a un malvavisco.
“Las posibles observaciones futuras de la atmósfera de este planeta utilizando el nuevo telescopio espacial James Webb de la NASA podrían ayudar a arrojar luz sobre su naturaleza hinchada”, dice Jessica Libby-Roberts, investigadora postdoctoral en la Universidad Estatal de Pensilvania y la segunda autora de este artículo.
“Encontrar más sistemas de este tipo con planetas gigantes, que alguna vez se teorizó que eran extremadamente raros alrededor de las enanas rojas, es parte de nuestro objetivo de comprender cómo se forman los planetas”, dice Kanodia.
El descubrimiento destaca la importancia de NEID en su capacidad para confirmar algunos de los exoplanetas candidatos que la misión TESS de la NASA está descubriendo actualmente, proporcionando objetivos importantes para que el nuevo Telescopio Espacial James Webb (JWST) haga un seguimiento y comience a caracterizar sus atmósferas. Esto, a su vez, informará a los astrónomos de qué están hechos los planetas y cómo se formaron y, para los mundos rocosos potencialmente habitables, si podrían albergar vida.
Con información de National Science Foundation
