In de zoektocht naar planeten die lijken op de onze, een belangrijk vergelijkingspunt is de dichtheid van de planeet. Een lage dichtheid vertelt wetenschappers dat een planeet eerder gasvormig is zoals Jupiter, en een hoge dichtheid wordt geassocieerd met rotsachtige planeten zoals de aarde. Maar een nieuwe studie suggereert dat sommige minder dicht zijn dan eerder werd gedacht vanwege een tweede, verborgen ster in hun systemen.

Terwijl telescopen naar bepaalde delen van de hemel staren, ze kunnen niet altijd onderscheid maken tussen één ster en twee. Een systeem van twee dicht bij elkaar staande sterren kan in afbeeldingen verschijnen als een enkel lichtpunt, zelfs van geavanceerde observatoria zoals de Kepler-ruimtetelescoop van NASA. Dit kan aanzienlijke gevolgen hebben voor het bepalen van de afmetingen van planeten die om slechts één van deze sterren draaien, zegt een aanstaande studie in de Astronomisch tijdschrift door Elise Furlan van Caltech/IPAC-NExScI in Pasadena, Californië, en Steve Howell bij NASA's Ames Research Center in Silicon Valley in Californië.

"Ons begrip van hoeveel planeten klein zijn zoals de aarde, en hoeveel zijn er zo groot als Jupiter, kan veranderen naarmate we meer informatie krijgen over de sterren waar ze omheen draaien, "Zei Furlan. "Je moet de ster echt goed kennen om de eigenschappen van zijn planeten goed te kunnen begrijpen."

Van enkele van de best bestudeerde planeten buiten ons zonnestelsel - of exoplaneten - is bekend dat ze om eenzame sterren draaien. We kennen Kepler-186f, een planeet ter grootte van de aarde in de bewoonbare zone van zijn ster, draait om een ​​ster die geen metgezel heeft (de bewoonbare zone is de afstand waarop een rotsachtige planeet vloeibaar water op zijn oppervlak zou kunnen ondersteunen). TRAPPIST-1, de ultrakoele dwergster met zeven planeten ter grootte van de aarde, heeft ook geen maatje. Dat betekent dat er geen tweede ster is die de schatting van de diameters van de planeten bemoeilijkt, en dus hun dichtheden.

Maar andere sterren hebben een nabije metgezel, hoge resolutie beeldvorming is onlangs onthuld. David Ciardi, hoofdwetenschapper bij het NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) bij Caltech, leidde een grootschalige poging om sterren op te volgen die Kepler had bestudeerd met behulp van verschillende telescopen op de grond. Dit, gecombineerd met ander onderzoek, heeft bevestigd dat veel van de sterren waar Kepler planeten aantrof binaire metgezellen hebben. In sommige gevallen, de diameters van de planeten die om deze sterren draaien zijn berekend zonder rekening te houden met de begeleidende ster. Dat betekent dat schattingen voor hun maten kleiner moeten zijn, en hun dichtheden hoger, dan hun werkelijke waarden.

Eerdere studies hebben vastgesteld dat ongeveer de helft van alle zonachtige sterren in de buurt van onze zon een metgezel hebben binnen 10, 000 astronomische eenheden (een astronomische eenheid is gelijk aan de gemiddelde afstand tussen de zon en de aarde, 93 miljoen mijl of 150 miljoen kilometer). Op basis hiervan, ongeveer 15 procent van de sterren in het Kepler-veld zou een heldere, naaste metgezel - wat betekent dat planeten rond deze sterren mogelijk minder dicht zijn dan eerder werd gedacht.

Het transitprobleem voor binaire bestanden

Wanneer een telescoop een planeet ziet die voor zijn ster kruist - een gebeurtenis die een 'transit' wordt genoemd - meten astronomen de resulterende schijnbare afname van de helderheid van de ster. De hoeveelheid licht die tijdens een transit wordt geblokkeerd, hangt af van de grootte van de planeet - hoe groter de planeet, hoe meer licht het blokkeert, en hoe groter de dimming die wordt waargenomen. Wetenschappers gebruiken deze informatie om de straal - de helft van de diameter - van de planeet te bepalen.

Als er twee sterren in het systeem staan, de telescoop meet het gecombineerde licht van beide sterren. Maar een planeet die om een ​​van deze sterren draait, zal ervoor zorgen dat slechts één van hen verduistert. Dus, als je niet weet dat er een tweede ster is, je zult de grootte van de planeet onderschatten.

Bijvoorbeeld, als een telescoop waarneemt dat een ster met 5 procent dimt, wetenschappers zouden de grootte van de transiterende planeet bepalen ten opzichte van die ene ster. Maar als een tweede ster zijn licht toevoegt, de planeet moet groter zijn om dezelfde hoeveelheid dimmen te veroorzaken.

Als de planeet in een dubbelster om de helderdere ster draait, het meeste licht in het systeem komt sowieso van die ster, dus de tweede ster heeft geen groot effect op de berekende grootte van de planeet. Maar als de planeet om de zwakkere ster draait, de grotere, primaire ster draagt ​​meer licht bij aan het systeem, en de correctie op de berekende planeetstraal kan groot zijn - het kan verdubbelen, verdrievoudigen of zelfs nog meer verhogen. Dit heeft invloed op hoe de baanafstand van de planeet wordt berekend, die van invloed kunnen zijn op de vraag of de planeet zich in de bewoonbare zone bevindt.

Als de sterren ongeveer even helder zijn, de "nieuwe" straal van de planeet is ongeveer 40 procent groter dan wanneer werd aangenomen dat het licht van een enkele ster zou komen. Omdat de dichtheid wordt berekend met behulp van de derde macht van de straal, dit zou een bijna drievoudige afname van de dichtheid betekenen. De impact van deze correctie is het grootst voor kleinere planeten, omdat het betekent dat een planeet die ooit als rotsachtig werd beschouwd, in feite, gasvormig zijn.

De nieuwe studie

In de nieuwe studie Furlan en Howell richtten zich op 50 planeten in het gezichtsveld van het Kepler-observatorium, waarvan de massa's en stralen eerder waren geschat. Deze planeten draaien allemaal om sterren die stellaire metgezellen hebben binnen ongeveer 1 700 astronomische eenheden. Voor 43 van de 50 planeten, eerdere rapporten over hun afmetingen hielden geen rekening met de bijdrage van licht van een tweede ster. Dat betekent dat een herziening van hun gerapporteerde maten noodzakelijk is.

In de meeste gevallen, de verandering in de gerapporteerde afmetingen van de planeten zou klein zijn. Eerder onderzoek toonde aan dat 24 van de 50 planeten om de grotere, helderder ster in een binair paar. Bovendien, Furlan en Howell stelden vast dat 11 van deze planeten te groot zouden zijn om planeten te zijn als ze om de zwakkere begeleidende ster zouden draaien. Dus, voor 35 van de 50 planeten, de gepubliceerde maten zullen niet wezenlijk veranderen.

Maar voor 15 van de planeten, ze konden niet bepalen of ze in een dubbelster om de zwakkere of de helderdere ster draaien. Voor vijf van de 15 planeten, de sterren in kwestie zijn ongeveer even helder, dus hun dichtheden zullen aanzienlijk afnemen, ongeacht om welke ster ze draaien.

Dit effect van begeleidende sterren is belangrijk voor wetenschappers die de door Kepler ontdekte planeten karakteriseren, die duizenden exoplaneten heeft gevonden. Het zal ook belangrijk zijn voor NASA's aanstaande Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) -missie, die zal zoeken naar kleine planeten in de buurt, heldere sterren en kleine, koele sterren.

"Bij vervolgonderzoek we willen er zeker van zijn dat we het type en de grootte van de planeet observeren die we denken te zijn, Howell zei. "Correcte planeetafmetingen en dichtheden zijn van cruciaal belang voor toekomstige observaties van hoogwaardige planeten door NASA's James Webb Space Telescope. Op het grote plaatje, weten welke planeten klein en rotsachtig zijn, zal ons helpen begrijpen hoe waarschijnlijk het is dat we planeten ter grootte van onze eigen elders in de melkweg vinden."