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Descubierto un planeta gigante gaseoso con una densidad jamás detectada

El telescopio del Observatorio Nacional de Kitt Peak ayuda a determinar que el planeta similar a Júpiter es el gigante gaseoso de menor densidad jamás detectado alrededor de una enana roja.

Representación artística del planeta extrasolar similar a Júpiter (derecha) y estrella enana roja fría (izquierda). El planeta, llamado TOI-3757 b, es el planeta gigante gaseoso de menor densidad jamás descubierto alrededor de este tipo de estrella. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani


Usando el telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona, los astrónomos han observado un planeta inusual similar a Júpiter en órbita alrededor de una estrella enana roja fría. Situado en la constelación de Auriga el Auriga a unos 580 años luz de la Tierra, 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 la de un malvavisco.

Las estrellas enanas rojas son los miembros más pequeños y tenues de las llamadas estrellas de la secuencia principal, estrellas que convierten el 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 estallar con poderosas llamaradas. Esto puede despojar a los planetas en órbita de sus atmósferas, haciendo de este sistema estelar un lugar aparentemente inhóspito para formar un planeta tan gossamer.

“Tradicionalmente se ha pensado que los planetas gigantes alrededor de estrellas enanas rojas son difíciles de formar”, dice Shubham Kanodia, investigador del Laboratorio de Tierra y Planetas de la Institución Carnegie para la Ciencia y primer autor de un artículo publicado en The Astronomical Journal. “Hasta ahora, esto solo se ha observado con pequeñas muestras de encuestas Doppler, que generalmente han encontrado planetas gigantes más lejos de estas estrellas enanas rojas. Hasta ahora no hemos tenido una muestra lo suficientemente grande de planetas para encontrar planetas gaseosos cercanos de una manera robusta”.

Todavía hay misterios inexplicables en torno a TOI-3757 b, el más grande es cómo un planeta gigante gaseoso puede formarse alrededor de una estrella enana roja, y especialmente un planeta de tan baja densidad. El equipo de Kanodia, sin embargo, cree que podrían tener una solución a ese misterio.

Desde el suelo del Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), un programa de NOIRLab de NSF, el telescopio de 3,5 metros Wisconsin-Indiana-Yale-NOIRLab (WIYN) aparentemente mira la Vía Láctea mientras se derrama desde el horizonte. Un resplandor rojizo, un fenómeno natural, también colorea el horizonte. KPNO se encuentra en el desierto de Arizona-Sonora en la Nación Tohono O’odham y esta vista clara de parte del plano galáctico de la Vía Láctea muestra las condiciones favorables en este entorno que se necesitan para ver objetos celestes débiles. Estas condiciones, que incluyen bajos niveles de contaminación lumínica, un cielo más oscuro que una magnitud de 20 y condiciones atmosféricas secas, han permitido a los investigadores del Consorcio WIYN realizar observaciones de galaxias, nebulosas y exoplanetas, así como muchos otros objetivos astronómicos utilizando el telescopio WIYN de 3,5 metros y su telescopio hermano, el telescopio WIYN de 0,9 metros. Crédito: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R. Sparks

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 aproximadamente diez veces la masa de la Tierra, momento en el que rápidamente atraen 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 resultado en que el núcleo rocoso se forme más lentamente, retrasando el inicio de la acreción 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 veces que se acerca más a su estrella que en otras ocasiones, lo que resulta en un exceso sustancial de calentamiento que puede hacer que la atmósfera del planeta se hinche.

El Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS) de la NASA inicialmente vio el planeta. El equipo de Kanodia luego 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

examinó 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 aproximadamente un poco más grande que el de Júpiter. El planeta termina 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 utilizaron 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 mediciones 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 como 0.27 gramos por centímetro cúbico (aproximadamente 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 un cuarto 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 segunda autora de este artículo.

“Encontrar más sistemas de este tipo con planetas gigantes, que una 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 actualmente están siendo descubiertos por la misión TESS de la NASA, 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 mundos rocosos potencialmente habitables, si podrían ser capaces de soportar la vida.

Referencia: “TOI-3757 b: A low-density gas giant orbiting a solar-metallicity M dwarf” por 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 y Jason T. Wright, 5 de agosto de 2022, The Astronomical Journal. DOI: 10.3847/1538-3881/ac7c20

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