Un exoplaneta gigante y gaseoso, con la misma densidad de un malvavisco o nube de azúcar, fue descubierto orbitando una fría estrella enana roja, gracias a un conjunto de dispositivos científicos que incluyen al instrumento de velocidad radial NEID, financiado por NASA, que se encuentra instalado en el Telescopio WIYN de 3,5 metros, ubicado en el Observatorio Nacional Kitt, en Arizona, Estados Unidos, y que es uno de los Programas de NOIRLab de NSF y AURA. Es el planeta gigante gaseoso más esponjoso descubierto alrededor de este tipo de estrella.

Un grupo de astrónomos utilizó el Telescopio WIYN de 3,5 metros en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona, un Programa de NOIRLab de NSF, y descubrieron un inusual planeta similar a Júpiter orbitando alrededor de una fría estrella enana roja. Identificado como TOI-3757 b, el objeto se ubica a unos 580 años luz de la Tierra, en la constelación de Auriga (el Cochero), y es el planeta con la densidad más baja detectado alrededor de una estrella enana roja, estimándose que posee una densidad promedio similar a la de una nube de azúcar o malvavisco.  

Las estrellas enanas rojas son los integrantes más pequeños y tenues de las denominadas “estrellas de secuencia principal”; estrellas que en sus núcleos convierten el hidrógeno en helio a un ritmo constante. Aunque son frías comparadas con estrellas como nuestro Sol, las estrellas enanas rojas pueden ser extremadamente activas y pueden hacer erupción con poderosas llamaradas capaces de despojar a un planeta de su atmósfera y convertirlos en lugares inhóspitos.

“Tradicionalmente, se ha pensado que los planetas gigantes alrededor de estrellas enanas rojas son difíciles de formar”, explica Shubham Kanodia, investigador del Carnegie Institution for Science’s Earth and Planets Laboratory y autor principal del artículo científico publicado en The Astronimcal Journal. “Hasta ahora, este tipo de fenómeno se ha observado  en muestras de rastreos Doppler, que generalmente han encontrado planetas gigantes más alejados de estas estrellas enanas rojas. Hasta ahora no hemos conseguido una muestra lo suficientemente grande de planetas para encontrar planetas gaseosos cercanos de manera consistente”. 

Uno de los más grandes misterios sin explicación alrededor de TOI-3757 b, es cómo un planeta gaseoso gigante se puede formar alrededor de una estrella enana roja, y especialmente uno con una densidad tan baja. Sin embargo, el equipo de Kanodia, cree que podrían tener una solución para este misterio. 

Los investigadores proponen que la densidad extremadamente 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 que serían cerca de diez veces más masivos que la Tierra, momento en el que atraen rápidamente grandes cantidades de gas circundante para formar los gigantes gaseosos que vemos hoy. La estrella de TOI-3757 b tiene una menor abundancia de elementos pesados en comparación con otras enanas tipo M con gigantes gaseosos, y esto pudo provocar que el núcleo rocoso se formara a un ritmo más lento, retrasando el inicio de la acumulación de gas y, por lo tanto, afectando la densidad general del planeta. 

El segundo factor puede ser la órbita del planeta, que se cree puede ser elíptica. Hay veces en que se encuentra más cerca de su estrella que otras, resultando en un exceso sustancial de la temperatura que puede causar que la atmósfera del planeta “se infle”.

El planeta fue detectado inicialmente por el Satélite de Sondeo de Exoplanetas en Tránsito (TESS por sus siglas en inglés) de la NASA. Luego, el equipo de Kanodia realizó observaciones de seguimiento utilizando instrumentos ubicados en tierra, que incluyeron a NEID y NESSI (NN-EXPLORE Exoplanet Stellar Speckle Imager), ambos ubicados en el Telescopio WIYN de 3,5 metros; el Habitable-zone Planet Finder (HPF), ubicado en el Telescopio Hobby-Eberly; y el Observatorio Red Buttes Observatory (RBO) en Wyoming.

El satélite TESS rastreó el cruce que realizó este planeta en frente de su estrella, lo que permitió a los astrónomos calcular el diámetro del planeta que resultó ser de aproximadamente 150.000 kilómetros, apenas un poco más grande que Júpiter. Este gigante gaseoso tarda en completar su órbita alrededor de su estrella anfitriona en apenas 3,5 días, 25 veces menos que el planeta más cercano al Sol en nuestro Sistema Solar, Mercurio, que toma 88 días en completar un período orbital.

Luego, los astrónomos utilizaron NEID y HPF para medir el movimiento aparente de la estrella a lo largo de la línea de visión, lo que también se conoce como velocidad radial. Estas mediciones proporcionan la masa del planeta, la que se estimó en un cuarto a la masa de Júpiter, o cerca de 85 veces la masa de la Tierra. Ambos datos permitieron al equipo de Kanodia calcular la densidad promedio de TOI-3757 b que resultó ser de 0,27 gramos por centímetro cúbico (unos de 17 gramos por pie cúbico), lo que sería menos de la mitad de la densidad de Saturno (el planeta con la densidad más baja del Sistema Solar), lo que corresponde a un cuarto de la densidad del agua (lo que significa que podría flotar perfectamente en una bañera lo suficientemente grande para posar el planeta), o también, una densidad similar a la de una nube de azúcar.

La investigadora de la Universidad Estatal de Pensilvania y segunda autora del artículo científico, Jessica Libby-Roberts, señaló que “futuras observaciones de la atmósfera de este planeta utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA podrían ayudar a conocer más sobre su naturaleza”.

“Encontrar más sistemas de este tipo con planetas gigantes, que alguna vez se pensó eran extremadamente raros alrededor de las enanas rojas, es parte de nuestro objetivo para comprender cómo se forman los planetas”, agregó Kanodia.

El descubrimiento destaca la importancia del instrumento NEID en su capacidad para confirmar algunos de los exoplanetas candidatos que la misión TESS de la NASA está descubriendo en la actualidad, y proporciona objetivos importantes para que el nuevo Telescopio Espacial James Webb (JWST) realice un seguimiento y comience a caracterizar sus atmósferas. Esto, a su vez, le dará información crucial a los astrónomos sobre los componentes de los planetas y cómo se formaron y, para detectar planetas rocosos potencialmente habitables, si éstos podrían albergar vida.