Un esopianeta gigante gassoso con la densità di un marshmallow è stato rilevato in orbita attorno a una fredda nana rossa da una serie di strumenti, tra cui lo strumento NEID finanziato dalla NASA sul telescopio WIYN da 3,5 metri al Kitt Peak National Observatory, un programma di NOIRLab di NSF. Situato a circa 580 anni luce dalla Terra nella costellazione dell’Auriga, questo pianeta, chiamato TOI-3757 b, è il pianeta con la densità più bassa mai rilevato attorno a una stella nana rossa.
Le stelle nane rosse sono i membri più piccoli e deboli delle cosiddette stelle della sequenza principale, ossia stelle che convertono l’idrogeno in elio nei loro nuclei a una velocità costante. Le nane rosse possono essere estremamente attive ed eruttare con potenti bagliori in grado di spogliare un pianeta della sua atmosfera, rendendo questo sistema stellare un luogo apparentemente inospitale per formare un pianeta così sottile.
“Tradizionalmente si considera difficile che pianeti giganti si formino attorno alle stelle nane rosse“, afferma Shubham Kanodia, ricercatore presso il Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory e primo autore dello studio pubblicato su The Astronomical Journal. “Finora questo è stato osservato solo con piccoli campioni di indagini Doppler, che in genere hanno trovato pianeti giganti più lontani da queste stelle nane rosse. Finora non abbiamo avuto un campione sufficientemente ampio di pianeti per trovare pianeti gassosi vicini in modo robusto”.
Ci sono ancora misteri inspiegabili che circondano TOI-3757 b, il più grande è come un pianeta gigante gassoso possa formarsi attorno a una stella nana rossa, e specialmente un pianeta così a bassa densità. Il team di Kanodia, tuttavia, pensa di poter avere una soluzione a questo mistero.
Gli astronomi propongono che la densità estremamente bassa di TOI-3757 b potrebbe essere il risultato di due fattori. Il primo riguarda il nucleo roccioso del pianeta. Si pensa che i giganti gassosi inizino come enormi nuclei rocciosi circa dieci volte la massa della Terra, a quel punto attingono rapidamente grandi quantità di gas vicino per formare i giganti gassosi che vediamo oggi. La stella di TOI-3757b ha un’abbondanza di elementi pesanti inferiore rispetto ad altre nane M con giganti gassosi, e ciò potrebbe aver portato a una formazione più lenta del nucleo roccioso, ritardando l’inizio dell’accrescimento di gas e quindi influenzando la densità complessiva del pianeta.
Il secondo fattore potrebbe essere l’orbita del pianeta, che si pensa sia leggermente ellittica. Ci sono volte in cui si avvicina alla sua stella, provocando un notevole riscaldamento in eccesso che può far gonfiare l’atmosfera del pianeta.
Il pianeta è stato inizialmente individuato dal Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA. Il team di Kanodia ha quindi effettuato osservazioni di follow-up utilizzando strumenti a terra, tra cui NEID e NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), entrambi presso il telescopio WIYN, l’Habitable-zone Planet Finder (HPF) sul telescopio Hobby-Eberly e il Red Buttes Observatory (RBO) nel Wyoming.
TESS ha esaminato l’attraversamento di questo pianeta TOI-3757 b davanti alla sua stella, il che ha permesso agli astronomi di calcolare che il diametro del pianeta fosse di circa 150.000 chilometri o solo leggermente più grande di quello di Giove. Il pianeta completa un’orbita attorno alla sua stella ospite in soli 3,5 giorni, 25 volte meno del pianeta più vicino del nostro Sistema Solare, Mercurio, che impiega circa 88 giorni per farlo.
Gli astronomi hanno quindi utilizzato NEID e HPF per misurare il movimento apparente della stella lungo il campo visivo. Queste misurazioni hanno fornito la massa del pianeta, che è stata calcolata in circa un quarto di quella di Giove, o circa 85 volte la massa della Terra. Conoscere le dimensioni e la massa ha permesso al team di Kanodia di calcolare la densità media di TOI-3757 b, pari a 0,27 grammi per centimetro cubo, il che lo renderebbe meno della metà della densità di Saturno (il pianeta con la densità più bassa nel Sistema Solare), circa un quarto della densità dell’acqua (il che significa che galleggerebbe se collocato in una gigantesca vasca da bagno piena d’acqua), o in effetti, di densità simile a quella di un marshmallow.
“Potenziali future osservazioni dell’atmosfera di questo pianeta utilizzando il nuovo telescopio spaziale James Webb della NASA potrebbero aiutare a far luce sulla sua natura gonfia”, afferma Jessica Libby-Roberts, ricercatrice post-dottorato presso la Pennsylvania State University e seconda autrice di questo studio. “Trovare più sistemi di questo tipo con pianeti giganti – che una volta si teorizzava essere estremamente rari intorno alle nane rosse – fa parte del nostro obiettivo di capire come si formano i pianeti”, afferma Kanodia.
La scoperta sottolinea l’importanza del NEID nella sua capacità di confermare alcuni degli esopianeti candidati attualmente scoperti dalla missione TESS della NASA, fornendo obiettivi importanti per il nuovo telescopio spaziale James Webb da seguire per iniziare a caratterizzare le loro atmosfere. Questo a sua volta informerà gli astronomi di cosa sono fatti i pianeti e come si sono formati e, per i mondi rocciosi potenzialmente abitabili, se potrebbero essere in grado di sostenere la vita.
