Skjulte stjerner kan få planeter til at se mindre ud

I søgen efter planeter, der ligner vores egen, et vigtigt sammenligningspunkt er planetens tæthed. En lav massefylde fortæller forskerne, at en planet er mere tilbøjelig til at være gasformig som Jupiter, og en høj tæthed er forbundet med klippeplaneter som Jorden. Men en ny undersøgelse tyder på, at nogle er mindre tætte end tidligere antaget på grund af et sekund, skjult stjerne i deres systemer.

Mens teleskoper stirrer på bestemte pletter af himlen, de kan ikke altid skelne mellem en stjerne og to. Et system af to tæt kredsende stjerner kan forekomme i billeder som et enkelt lyspunkt, selv fra sofistikerede observatorier som NASAs Kepler-rumteleskop. Dette kan have betydelige konsekvenser for at bestemme størrelsen af ​​planeter, der kredser om kun en af ​​disse stjerner, siger en kommende undersøgelse i Astronomisk Tidsskrift af Elise Furlan fra Caltech/IPAC-NExScI i Pasadena, Californien, og Steve Howell ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley.

"Vores forståelse af, hvor mange planeter der er små som Jorden, og hvor mange er store som Jupiter, kan ændre sig, efterhånden som vi får flere oplysninger om de stjerner, de kredser om, " sagde Furlan. "Du skal virkelig kende stjernen godt for at få et godt styr på dens planeters egenskaber."

Nogle af de mest velundersøgte planeter uden for vores solsystem - eller exoplaneter - er kendt for at kredse om enlige stjerner. Vi kender Kepler-186f, en planet på størrelse med jorden i sin stjernes beboelige zone, kredser om en stjerne, der ikke har nogen følgesvend (den beboelige zone er den afstand, hvor en klippeplanet kunne understøtte flydende vand på sin overflade). TRAPPIST-1, den ultra-cool dværgstjerne, der er hjemsted for syv planeter på størrelse med Jorden, har heller ikke en ledsager. Det betyder, at der ikke er en anden stjerne, der komplicerer estimeringen af ​​planeternes diametre, og derfor deres tætheder.

Men andre stjerner har en ledsager i nærheden, høj opløsning billeddannelse har for nylig afsløret. David Ciardi, chefforsker ved NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) ved Caltech, førte en storstilet indsats for at følge op på stjerner, som Kepler havde studeret ved hjælp af en række jordbaserede teleskoper. Det her, kombineret med anden forskning, har bekræftet, at mange af de stjerner, hvor Kepler fandt planeter, har binære ledsagere. I nogle tilfælde, diametrene på planeterne, der kredsede om disse stjerner, blev beregnet uden at tage følgestjernen i betragtning. Det betyder, at estimater for deres størrelser bør være mindre, og deres tætheder højere, end deres sande værdier.

Tidligere undersøgelser har fastslået, at omkring halvdelen af ​​alle de sollignende stjerner i vores sols kvarter har en ledsager inden for 10, 000 astronomiske enheder (en astronomisk enhed er lig med den gennemsnitlige afstand mellem solen og jorden, 93 millioner miles eller 150 millioner kilometer). Baseret på dette, omkring 15 procent af stjernerne i Kepler-feltet kunne have en lysstærk, tæt ledsager - hvilket betyder, at planeter omkring disse stjerner kan være mindre tætte end tidligere antaget.

Transitproblemet for binære filer

Når et teleskop får øje på en planet, der krydser foran sin stjerne - en begivenhed kaldet en "transit" - måler astronomer det resulterende tilsyneladende fald i stjernens lysstyrke. Mængden af ​​lys, der blokeres under en transit, afhænger af planetens størrelse – jo større planeten er, jo mere lys blokerer den, og jo større dæmpning, der observeres. Forskere bruger disse oplysninger til at bestemme radius - halvdelen af ​​diameteren - af planeten.

Hvis der er to stjerner i systemet, teleskopet måler begge stjerners kombinerede lys. Men en planet, der kredser om en af ​​disse stjerner, vil få kun én af dem til at dæmpe. Så, hvis du ikke ved, at der er en anden stjerne, du vil undervurdere planetens størrelse.

For eksempel, hvis et teleskop observerer, at en stjerne dæmpes med 5 procent, videnskabsmænd ville bestemme størrelsen på transitplaneten i forhold til den ene stjerne. Men hvis en anden stjerne tilføjer sit lys, planeten skal være større for at forårsage den samme mængde dæmpning.

Hvis planeten kredser om den lysere stjerne i et binært par, det meste af lyset i systemet kommer alligevel fra den stjerne, så den anden stjerne vil ikke have den store effekt på planetens beregnede størrelse. Men hvis planeten kredser om den svagere stjerne, jo større, primær stjerne bidrager med mere lys til systemet, og korrektionen til den beregnede planetradius kan være stor - den kan fordobles, tredoble eller stige endnu mere. Dette vil påvirke, hvordan planetens kredsløbsafstand beregnes, hvilket kan påvirke, om planeten findes i den beboelige zone.

Hvis stjernerne har nogenlunde ens lysstyrke, planetens "nye" radius er omkring 40 procent større, end hvis lyset blev antaget at komme fra en enkelt stjerne. Fordi tæthed beregnes ved hjælp af terningen af ​​radius, dette ville betyde et næsten tre gange fald i tætheden. Virkningen af ​​denne korrektion er mest betydningsfuld for mindre planeter, fordi det betyder, at en planet, der engang var blevet betragtet som stenet, kunne, faktisk, være gasformig.

Den nye undersøgelse

I den nye undersøgelse, Furlan og Howell fokuserede på 50 planeter i Kepler-observatoriets synsfelt, hvis masser og radier tidligere blev estimeret. Disse planeter kredser alle om stjerner, der har stjernekammerater inden for omkring 1, 700 astronomiske enheder. For 43 af de 50 planeter, tidligere rapporter om deres størrelser tog ikke højde for bidraget fra lys fra en anden stjerne. Det betyder, at en revision af deres rapporterede størrelser er nødvendig.

I de fleste tilfælde, ændringen af ​​planeternes rapporterede størrelser ville være lille. Tidligere forskning viste, at 24 af de 50 planeter kredser om de større, lysere stjerne i et binært par. I øvrigt, Furlan og Howell fastslog, at 11 af disse planeter ville være for store til at være planeter, hvis de kredsede om den svagere ledsagerstjerne. Så, for 35 af de 50 planeter, de offentliggjorte størrelser vil ikke ændre sig væsentligt.

Men for 15 af planeterne, de kunne ikke afgøre, om de kredsede om den svagere eller den lysere stjerne i et binært par. For fem af de 15 planeter, de pågældende stjerner har nogenlunde samme lysstyrke, så deres tætheder vil falde væsentligt, uanset hvilken stjerne de kredser om.

Denne effekt af ledsagende stjerner er vigtig for forskere, der karakteriserer planeter opdaget af Kepler, som har fundet tusindvis af exoplaneter. Det vil også være vigtigt for NASA's kommende Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) mission, som vil lede efter små planeter i nærheden, lyse stjerner og små, seje stjerner.

"I yderligere undersøgelser, vi vil sikre os, at vi observerer den type og størrelse af planeten, vi tror, ​​vi er, " sagde Howell. "Korrekte planetstørrelser og tætheder er afgørende for fremtidige observationer af planeter af høj værdi af NASAs James Webb-rumteleskop. I det store billede, at vide, hvilke planeter der er små og stenede, vil hjælpe os med at forstå, hvor sandsynligt det er, at vi finder planeter på størrelse med vores egne andre steder i galaksen."