围绕一颗凉爽的红矮星运行的“棉花糖”世界

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围绕一颗凉爽的红矮星运行的“棉花糖”世界

围绕红矮星运行的超蓬松气体巨行星的艺术印象。 学分:国家科学基金会

一套仪器,包括位于基特峰国家天文台的 WIYN 3.5 米望远镜上的 NEID 径向速度仪器,已在围绕一颗凉爽的红矮星的轨道上探测到一颗具有棉花糖密度的气态巨行星。 NSF 的 NOIRLab。 这颗名为 TOI-3757 b 的行星是迄今为止在此类恒星周围发现的最蓬松的气体巨行星。

天文学家在亚利桑那州基特峰国家天文台使用 WIYN 3.5 米望远镜(美国国家科学基金会 NOIRLab 的一个项目)观察到一颗不寻常的类木星行星围绕一颗凉爽的红矮星运行。 这颗行星被确定为 TOI-3757 b,位于距地球约 580 光年的御夫座,是迄今为止在红矮星周围探测到的密度最低的行星,估计其平均密度与的棉花糖。

红矮星是所谓的主序星中最小和最暗的成员——在其核心中以稳定的速度将氢转化为氦的恒星。 虽然与像我们的太阳这样的恒星相比“酷”,但红矮星可以非常活跃并爆发强大的耀斑,能够剥离行星的大气层,使这个恒星系统成为一个看似不适合形成这样一个游丝行星的地方。

“传统上认为,围绕红矮星的巨行星很难形成,”卡内基科学研究所地球与行星实验室研究员、发表在 天体物理学杂志. “到目前为止,这只是从多普勒调查的小样本中观察到的,这些样本通常会发现距离这些红矮星更远的巨行星。到目前为止,我们还没有足够大的行星样本来发现近在咫尺的气体行星。一种强有力的方式。”

TOI-3757 b 周围仍有无法解释的谜团,其中最大的谜团是一颗气态巨行星如何围绕一颗红矮星,尤其是这样一颗低密度行星形成。 然而,Kanodia 的团队认为他们可能有办法解决这个谜团。

他们提出 TOI-3757 b 的超低密度可能是两个因素的结果。 第一个与行星的岩石核心有关; 人们认为,气态巨行星开始时是质量约为地球质量十倍的巨大岩石核心,此时它们会迅速吸收大量邻近的气体,形成我们今天看到的气态巨行星。 与其他拥有气态巨行星的 M 矮星相比,TOI-3757b 的恒星的重元素丰度较低,这可能导致岩石核心形成速度较慢,从而延迟了气体吸积的开始,从而影响了行星的整体密度。

第二个因素可能是行星的轨道,初步认为它是略呈椭圆形的。 有时它比其他时候更接近其恒星,导致大量过度加热,从而导致行星大气膨胀。

这颗行星最初是由美国宇航局的凌日系外行星调查卫星(TESS)发现的。 然后,Kanodia 的团队使用地面仪器进行了后续观测,包括 NEID 和 NESSI(NN-EXPLORE 系外行星恒星散斑成像仪),它们都安装在 WIYN 3.5 米望远镜中; 霍比-埃伯利望远镜上的宜居带行星探测器(HPF); 和怀俄明州的 Red Buttes 天文台 (RBO)。

苔丝在其恒星前方测量了这颗行星 TOI-3757 b 的穿越,这使天文学家能够计算出这颗行星的直径约为 150,000 公里(100,000 英里),或略大于木星的直径。 这颗行星仅用了 3.5 天就完成了围绕其主星的完整轨道,比我们太阳系中最近的行星——水星——大约需要 88 天的时间少了 25 倍。

天文学家随后使用 NEID 和 HPF 测量恒星沿视线的视运动,也称为径向速度。 这些测量结果提供了这颗行星的质量,据计算该质量约为木星质量的四分之一,或大约是地球质量的 85 倍。 知道大小和质量后,Kanodia 的团队可以计算出 TOI-3757 b 的平均密度为 0.27 克/立方厘米(约 17 克/立方英尺),这将使其不到土星(密度最低的行星)密度的一半在太阳系中),大约是水的密度的四分之一(这意味着如果将它放在装满水的巨大浴缸中,它会漂浮),或者实际上,密度与棉花糖相似。

宾夕法尼亚州立大学博士后研究员、本文的第二作者杰西卡·利比-罗伯茨 (Jessica Libby-Roberts) 说:“未来使用 NASA 的新詹姆斯·韦伯太空望远镜对这颗行星大气的潜在观测可能有助于揭示其浮肿的性质。”

“发现更多这样的巨​​行星系统——曾经被认为在红矮星周围极为罕见——是我们了解行星如何形成的目标的一部分,”卡诺迪亚说。

这一发现凸显了 NEID 在确认美国宇航局 TESS 任务目前正在发现的一些候选系外行星的能力方面的重要性,为新的詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 提供重要目标,以跟进并开始描述其大气。 反过来,这将告知天文学家这些行星是由什么构成的,它们是如何形成的,对于可能适合居住的岩石世界,它们是否能够支持生命。


用苔丝发现新的木星大小的系外行星


更多信息:
Shubham Kanodia 等人,TOI-3757 b:围绕太阳金属 M 矮星运行的低密度气态巨行星, 天文杂志 (2022 年)。 DOI:10.3847/1538-3881/ac7c20

由美国国家科学基金会提供

引文:围绕一颗凉爽的红矮星运行的“棉花糖”世界(2022 年 10 月 20 日)于 2022 年 10 月 20 日从 https://phys.org/news/2022-10-marshmallow-world-orbiting-cool-red.html 检索到

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