El mundo ‘Marshmallow’ desafía las expectativas de los planetas que orbitan estrellas enanas rojas

Los astrónomos han descubierto un planeta gigante gaseoso con la densidad de un malvavisco que orbita una estrella enana roja fría ubicada a 580 años luz de la Tierra. El exoplaneta similar a Júpiter es el mundo de menor densidad jamás observado orbitando una enana roja.

Las estrellas enanas rojas son las estrellas más pequeñas y tenues que todavía están convirtiendo hidrógeno en helio en sus núcleos a través de la fusión nuclear, una etapa de la vida de una estrella que los astrónomos llamaron la «secuencia principal». Aunque son mucho más frías que el sol, se sabe que las enanas rojas son extremadamente activas y lanzan poderosas erupciones que pueden destruir las atmósferas de cualquier planeta en órbita.

Estas violentas erupciones hacen que un sistema estelar enano rojo sea un lugar aparentemente improbable e inhóspito para encontrar un exoplaneta esponjoso como el mundo recién descubierto, denominado TOI-3757 b. El planeta está tan cerca de su estrella madre enana roja que completa una órbita en solo 3,5 días terrestres, 25 veces más rápido que el planeta más cercano al sol, Mercurio, completa una órbita de nuestra estrella. También es un poco más grande que Júpiter, el planeta más grande del sistema solar, con un diámetro de alrededor de 100 000 millas (150 000 kilómetros).

«Tradicionalmente se ha pensado que los planetas gigantes alrededor de estrellas enanas rojas son difíciles de formar», dijo Shubham Kanodia, autor principal del estudio y astrónomo de la Institución Carnegie en Washington, DC, en un comunicado del NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias, que opera algunos de los los telescopios utilizados en la investigación .

«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», dijo. «Hasta ahora no hemos tenido una muestra lo suficientemente grande de planetas para encontrar planetas gaseosos cercanos de una manera robusta».

Kanodia y sus colegas creen que pueden explicar cómo se formó un gigante gaseoso de baja densidad en condiciones tan desfavorables y extremas. Proponen que la baja densidad de TOI-3757 b es el resultado de dos factores principales.

El primer factor se relaciona con cómo los gigantes gaseosos comienzan su formación, con núcleos rocosos masivos alrededor de 10 veces la masa de la Tierra, que atraen rápidamente grandes cantidades de gas circundante para convertirse en mundos similares a Júpiter.

El equipo cree que la menor abundancia de elementos pesados en la estrella enana roja que orbita TOI-3757 b significa que el núcleo rocoso de este exoplaneta en particular puede haberse formado más lentamente. Esto habría retrasado la acumulación de gas en el núcleo rocoso con un impacto en la densidad general de TOI-3757 b después de la formación.

En segundo lugar, los astrónomos creen que la órbita de TOI-3757 b es ligeramente elíptica, como un círculo aplanado, por lo que hay momentos en los que está más cerca de su estrella enana roja. Estos acercamientos más cercanos dan como resultado un calentamiento excesivo del planeta que hace que su atmósfera se hinche.

TOI-3757 b fue descubierto inicialmente por la misión Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA, que detecta exoplanetas a través de la pequeña caída en la luz de sus estrellas madre que causan cuando cruzan o transitan por la cara de esa estrella. Kanodia y el equipo luego dieron seguimiento a este avistamiento inicial con una serie de instrumentos terrestres.

Las observaciones de TESS revelaron el diámetro de TOI-3757 b, mientras que los científicos utilizaron instrumentos en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona y el Observatorio McDonald en Texas para medir la velocidad radial del exoplaneta, la velocidad a la que viaja a lo largo de la línea de visión. A partir de estos resultados, los astrónomos calcularon la masa del planeta, aproximadamente una cuarta parte de la de Júpiter o unas 85 veces la de la Tierra.

Obtener un diámetro y una masa para TOI-3757 b permitió al equipo calcular la densidad del gigante gaseoso en aproximadamente 0,6 onzas (17 gramos) por pie cúbico. Esto hace que TOI-3757 b sea menos de la mitad de denso que Saturno, que es el planeta de menor densidad del sistema solar y tiene aproximadamente una cuarta parte de la densidad del agua.

Esto significa que el exoplaneta tiene una densidad similar a un malvavisco, y si hubiera una bañera lo suficientemente grande como para que cupiera el gigante gaseoso, flotaría en el agua.

El equipo espera investigar más a fondo este exoplaneta esponjoso con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para aprender más sobre su extraña atmósfera. Los investigadores también buscarán mundos similares alrededor de estrellas enanas rojas en otros sistemas.

«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», concluyó Kanodia.

La investigación del equipo se publica en The Astrophysical Journal .