Stjärnan TOI-6894 är precis som många andra i vår galax, en liten röd dvärgstjärna med endast cirka 20 % av solens massa. Liksom många andra små stjärnor förväntas den inte ha lämpliga förhållanden för att en stor planet ska kunna bildas och existera.
Men ett internationellt team av astronomer har hittat tydliga tecken på en jätteplanet, kallad TOI-6894b, som kretsar kring denna lilla stjärna. Arbetet är publicerat i Nature Astronomy.
Systemet har upptäckts som en del av en storskalig undersökning av data från TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) i jakten på jätteplaneter kring lågmassiva stjärnor, ledd av Dr Edward Bryant, som slutförde detta arbete vid University of Warwick och UCL:s Mullard Space Science Laboratory.
Dr Edward Bryant, Warwick Astrophysics Prize Fellow och försteförfattare, säger: ”Jag blev mycket upprymd av denna upptäckt. Jag sökte ursprungligen igenom TESS-observationer av mer än 91 000 röda dvärgstjärnor med låg massa för att hitta jätteplaneter.
Sedan, med hjälp av observationer gjorda med ett av världens största teleskop, ESO:s VLT, upptäckte jag TOI-6894b, en jätteplanet som passerar den stjärna med lägst massa som hittills är känd för att ha en sådan planet. Vi hade inte förväntat oss att planeter som TOI-6894b skulle kunna bildas kring stjärnor med så låg massa. Denna upptäckt kommer att bli en milstolpe för förståelsen av extremiteterna i bildandet av jätteplaneter.”
Planeten (TOI-6894b) är en gasjätte med låg densitet och en radie som är något större än Saturnus, men med endast cirka 50 % av Saturnus massa. Stjärnan (TOI-6894) är den stjärna med lägst massa som hittills har upptäckts ha en passerande jätteplanet och är bara 60 % så stor som den näst minsta stjärna som har en sådan planet.
Dr Daniel Bayliss, docent vid University of Warwick, säger: ”De flesta stjärnor i vår galax är faktiskt små stjärnor precis som denna, med låg massa, och man trodde tidigare att de inte kunde ha gasjättar som planeter. Så det faktum att denna stjärna har en jätteplanet har stora konsekvenser för det totala antalet jätteplaneter som vi uppskattar finns i vår galax.”
En utmaning för den ledande teorin
Dr Vincent Van Eylen, från UCL:s Mullard Space Science Laboratory, säger: ”Det är en spännande upptäckt. Vi förstår inte riktigt hur en stjärna med så liten massa kan bilda en så massiv planet. Detta är ett av målen med sökandet efter fler exoplaneter. Genom att hitta planetsystem som skiljer sig från vårt solsystem kan vi testa våra modeller och bättre förstå hur vårt eget solsystem bildades.”
Den mest vedertagna teorin om planetbildning kallas kärnackumulationsteorin. En planetkärna bildas först genom ackumulation (gradvis ansamling av material) och när kärnan blir mer massiv drar den så småningom till sig gaser som bildar en atmosfär. Den blir då tillräckligt massiv för att gå in i en okontrollerbar gasackumuleringsprocess och bli en gasjätte.
Enligt denna teori är det svårare för gasjättar att bildas kring stjärnor med låg massa, eftersom mängden gas och stoft i en protoplanetär skiva kring stjärnan (råmaterialet för planetbildning) är för begränsad för att en tillräckligt massiv kärna ska kunna bildas och den lösa ackretionsprocessen ska kunna äga rum.
Men existensen av TOI-6894b (en jätteplanet som kretsar kring en extremt lågmassiv stjärna) tyder på att denna modell inte kan vara helt korrekt och att alternativa teorier behövs.
Edward tillade: ”Med tanke på planetens massa kan TOI-6894b ha bildats genom en mellanliggande kärnackumuleringsprocess, där en protoplanet bildas och stadigt ackumulerar gas utan att kärnan blir tillräckligt massiv för en okontrollerad gasackumulation.
Alternativt kan den ha bildats på grund av en gravitationellt instabil skiva. I vissa fall blir skivan som omger stjärnan instabil på grund av den gravitationella kraft den utövar på sig själv. Dessa skivor kan sedan fragmenteras, varvid gasen och dammet kollapsar och bildar en planet.”
Men teamet fann att ingen av teorierna helt kunde förklara bildandet av TOI-6894b utifrån tillgängliga data, vilket innebär att ursprunget till denna jätteplanet förblir en öppen fråga för tillfället.
Svar från atmosfären
En väg att belysa mysteriet med TOI-6894b:s bildande är en detaljerad atmosfärisk analys. Genom att mäta fördelningen av material inom planeten kan astronomer bestämma storleken och strukturen på planetens kärna, vilket kan tala om för oss om TOI-6894b bildades genom ackretion eller genom en instabil skiva.
Detta är inte det enda intressanta med TOI-6894b:s atmosfär; den är ovanligt kall för en gasjätte. De flesta gasjättar som exoplanetjägare har hittat är heta jupiter, massiva gasjättar med temperaturer på ~1 000–2 000 Kelvin.
TOI-6894b har däremot en temperatur på bara 420 Kelvin. Den låga temperaturen i kombination med andra egenskaper hos denna planet, såsom de mycket djupa transiterna, gör den till en av de mest lovande jätteplaneterna för astronomer att karakterisera med en kall atmosfär.
Professor Amaury Triaud, University of Birmingham, medförfattare och medlem av SPECULOOS-samarbetet, säger: ”Baserat på stjärnstrålningen från TOI-6894b förväntar vi oss att atmosfären domineras av metankemi, vilket är extremt sällsynt att identifiera. Temperaturerna är tillräckligt låga för att atmosfäriska observationer till och med skulle kunna visa oss ammoniak, vilket skulle vara första gången det upptäcks i en exoplanets atmosfär.
TOI-6894b är sannolikt en referensplanet för studier av metandominerade atmosfärer och det bästa ”laboratoriet” för att studera en planetatmosfär som innehåller kol, kväve och syre utanför solsystemet.”
TOI-6894b:s atmosfär kommer redan att observeras av James Webb Space Telescope (JWST) inom de närmaste 12 månaderna. Detta bör göra det möjligt för astronomer att avgöra vilken av de möjliga teorierna som kan förklara bildandet av denna oväntade planet.
Medförfattaren Dr Andrés Jordán, forskare vid Millennium Institute of Astrophysics och professor vid Adolfo Ibáñez University, säger: ”Detta system innebär en ny utmaning för modellerna för planetbildning och är ett mycket intressant mål för uppföljande observationer för att karakterisera dess atmosfär.
Denna upptäckt är resultatet av ett systematiskt program som vi har genomfört under flera år från Chile och Storbritannien. Våra ansträngningar har gjort det möjligt för oss att bidra väsentligt till en bättre förståelse av hur ofta små stjärnor kan bilda jätteplaneter, och vi tillhandahåller utmärkta mål för uppföljning med rymdbaserade plattformar.”
Mer information: En transiterande jätteplanet i omloppsbana runt en värdstjärna med 0,2 solmassor, Nature Astronomy (2025). DOI: 10.1038/s41550-025-02552-4
