Egy hűvös, vörös törpecsillag körül keringő pillecukor-sűrűségű gázóriást fedeztek fel a Kitt Peak Obszervatórium 3,5 méteres WIYN teleszkópjával. A TOI-3757 b jelű exobolygóhoz hasonlóan alacsony sűrűségű gázóriást még sosem találtak vörös törpe körül.

Művészi illusztráció a vörös törpe körül keringő gázóriásról. (Forrás: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani)

Az arizonai Kitt Peak Obszervatórium csillagászai a 3,5 méteres WIYN távcsővel végeztek megfigyeléseket a NOIRLab program keretében egy szokatlan, Jupiterhez hasonló exobolygóról, amely egy hűvös, vörös törpecsillag körül kering. A Földtől nagyjából 580 fényévre lévő, a Szekeres (Auriga) csillagképben látható bolygó eddigi ismereteink szerint a legkisebb sűrűségű exobolygó, ami vörös törpe körül kering. Átlagos sűrűsége nagyjából egy pillecukorénak felel meg.

A vörös törpecsillagok az úgynevezett fősorozati csillagok csoportjának legkisebb és leghalványabb tagjai. Ide tartoznak azok a csillagok, amelyek magjában a hidrogén egyenletes ütemben héliummá alakul. Bár az átlagos csillagokhoz, így a Naphoz képest is hűvösnek számítanak, a vörös törpék rendkívül aktívak: olyan erőteljes kitöréseket produkálnak, amelyek akár képesek egy bolygót teljesen megszabadítani a légkörétől. Ezek a csillagrendszerek tehát elég barátságtalan helyek, pláne egy olyan fátyolkönnyű bolygó kialakulásához, mint a most felfedezett gázóriás.

„Mindmáig úgy gondolták, hogy vörös törpecsillagok körül aligha alakulhatnak ki gázóriások.” – mondja Shubham Kanodia (Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory), a felfedezést ismertető szakcikk vezető szerzője. „Eddig ezt csak Doppler-felmérésekkel vizsgálták kis mintákon, amelyek jellemzően a vörös törpecsillagoktól távol mutattak ki óriásbolygókat. Eddig nem volt elég nagy mintánk ahhoz, hogy a csillaghoz ilyen közeli gázóriásokat megtaláljuk.”

A TOI-3757 b jelű exobolygót több rejtély is övezi, de a legfőbb az, hogy miként alakulhat ki egy vörös törpecsillag körül gázóriás, főleg egy ilyen kis sűrűségű. A kutatók úgy vélik, megtalálták a magyarázatot.

Elméletük szerint az exobolygó kis sűrűségéért két tényező felel. Az első a bolygó kőzetmagjával kapcsolatos. Jelenlegi ismeretink szerint a gázóriások eredetileg a Földénél tízszer nagyobb tömegű kőzetbolygók voltak, amelyek fejlődésük egy pontján nagy mennyiségű gázt vontak magukra, így alakultak ki a ma ismert gázóriások. A TOI-3757 b csillaga kevesebb nehéz elemet tartalmaz, mint az a többi, gázóriással rendelkező M típusú törpe. Emiatt a kőzetmag sokkal lassabban alakulhatott ki, és a késve megindult gázfelhalmozás hatott a bolygó sűrűségére.

A másik tényező az exobolygó pályája, amelyről előzetesen úgy gondolták, hogy kissé elnyújtott, ellipszis alakú. A bolygó így időnként közelebb kerül a csillagához, ami jelentős túlhevülést, az pedig a bolygó légkörének felpuffadását okozhatja.

A bolygót a NASA TESS űrtávcsöve fedezte fel, Kanodia kutatócsoportja pedig földfelszíni távcsövekkel végzett utánkövetéses vizsgálatokat, így a 3,5 méteres WIYN teleszkóp mellett elhelyezett NEID és NESSI távcsövekkel, valamint a Hobby–Eberly-teleszkóp Habitable-zone Planet Finder (HPF) műszerével és a Red Buttes Observatory (RBO) teleszkópjával.

A TESS-űrtávcső megfigyelte, amint a TOI-3757 b elhalad a csillaga előtt, így a kutatók kiszámíthatták a bolygó átmérőjét: kiderült, hogy nagyjából 150 ezer kilométeres, tehát kicsit nagyobb csak a Jupiternél, és 3,5 nap alatt kerüli meg a csillagát. Összehasonlításképpen Naprendszerünk Naphoz legközelebbi bolygója, a Merkúr 25-ször ennyi idő, 88 nap alatt kerüli meg a Napot.

A kutatók ezután a NEID és a HPF segítségével megmérték a csillag látszólagos sebességét a látóirányunk vonalában, vagyis a radiális sebességét. A mérésekből kiderült, hogy a bolygó tömege egynegyede a Jupiterének, a Földének pedig nagyjából 85-szöröse. A planéta mérete és tömege alapján a kutatók kiszámították, hogy a TOI-3757 b átlagos sűrűsége köbcentiméterenként 0,27 gramm: ez az érték Naprendszerünk legkisebb sűrűségű bolygója, a Szaturnusz sűrűségének kevesebb, mint a fele, a víz sűrűségének pedig egynegyede – ha beletennénk egy hatalmas medencébe, a bolygó lebegne a víz felszínén.

„A bolygó légköréről a NASA új James Webb-űrtávcsövével terveznek megfigyeléseket, amelyek fényt deríthetnek erre a puffadt légkörre.” – mondja Jessica Libby-Roberts, a tanulmány társszerzője.

„Ha több hasonló rendszert találnánk gázóriásokkal, amelyekről egykor úgy hittük, hogy vörös törpék mellett igen ritkának számítanak, akkor többet tudhatnánk meg a bolygók kialakulásáról.” – mondja Kanodia.

A felfedezés rámutat arra, hogy milyen fontos szerepe van a NEID távcsőnek a TESS-űrtávcső által felfedezett exobolygó-jelöltek megerősítésében. Ezáltal új célpontokat is szolgáltat a James Webb-űrtávcsőnek is, amivel elkezdhetjük vizsgálni ezeknek a planétáknak a légkörét. Az új adatokból több részletre derülhet majd fény a bolygók szerkezetéről, kialakulásáról, és az esetlegesen lakható kőzetbolygók életfeltételeiről.

Forrás: NOIRLab