I sökandet efter planeter som liknar vår egen, en viktig jämförelsepunkt är planetens densitet. En låg densitet talar om för forskare att en planet är mer benägen att vara gasformig som Jupiter, och en hög densitet är förknippad med steniga planeter som jorden. Men en ny studie tyder på att vissa är mindre täta än tidigare trott på grund av en sekund, gömd stjärna i deras system.

När teleskop stirrar på särskilda fläckar av himlen, de kan inte alltid skilja på en stjärna och två. Ett system av två nära kretsande stjärnor kan visas i bilder som en enda ljuspunkt, även från sofistikerade observatorier som NASA:s rymdteleskop Kepler. Detta kan få betydande konsekvenser för att bestämma storleken på planeter som kretsar runt bara en av dessa stjärnor, säger en kommande studie i Astronomisk tidskrift av Elise Furlan från Caltech/IPAC-NExScI i Pasadena, Kalifornien, och Steve Howell vid NASA:s Ames Research Center i Kaliforniens Silicon Valley.

"Vår förståelse av hur många planeter som är små som jorden, och hur många är stora som Jupiter, kan förändras när vi får mer information om stjärnorna de kretsar kring, "Sa Furlan. "Du måste verkligen känna stjärnan väl för att få ett bra grepp om egenskaperna hos dess planeter."

Några av de mest välstuderade planeterna utanför vårt solsystem - eller exoplaneter - är kända för att kretsa kring ensamma stjärnor. Vi känner till Kepler-186f, en planet i jordstorlek i den beboeliga zonen av sin stjärna, kretsar kring en stjärna som inte har någon följeslagare (den beboeliga zonen är det avstånd på vilket en stenig planet kan bära flytande vatten på sin yta). TRAPPIST-1, den ultracoola dvärgstjärnan som är hem för sju planeter i jordstorlek, har ingen sällskap heller. Det betyder att det inte finns någon andra stjärna som komplicerar uppskattningen av planeternas diametrar, och därför deras densiteter.

Men andra stjärnor har en närliggande följeslagare, högupplöst bildbehandling har nyligen avslöjat. David Ciardi, chefsforskare vid NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) vid Caltech, ledde ett storskaligt försök att följa upp stjärnor som Kepler hade studerat med hjälp av en mängd olika markbaserade teleskop. Detta, i kombination med annan forskning, har bekräftat att många av stjärnorna där Kepler hittade planeter har binära följeslagare. I vissa fall, diametern på planeterna som kretsar kring dessa stjärnor beräknades utan att ta hänsyn till följeslagaren. Det betyder att uppskattningar för deras storlekar bör vara mindre, och deras densiteter högre, än deras verkliga värderingar.

Tidigare studier har fastställt att ungefär hälften av alla solliknande stjärnor i vårt solområde har en följeslagare inom 10, 000 astronomiska enheter (en astronomisk enhet är lika med medelavståndet mellan solen och jorden, 93 miljoner miles eller 150 miljoner kilometer). Baserat på det här, ungefär 15 procent av stjärnorna i Keplerfältet kan ha en ljusstark, nära följeslagare – vilket betyder att planeterna runt dessa stjärnor kan vara mindre täta än man tidigare trott.

Transitproblemet för binärer

När ett teleskop upptäcker en planet som korsar sig framför sin stjärna - en händelse som kallas "transit" - mäter astronomer den resulterande skenbara minskningen av stjärnans ljusstyrka. Mängden ljus som blockeras under en transitering beror på planetens storlek – ju större planeten är, ju mer ljus det blockerar, och ju större dämpning som observeras. Forskare använder denna information för att bestämma planetens radie – halva diametern – på planeten.

Om det finns två stjärnor i systemet, teleskopet mäter det kombinerade ljuset från båda stjärnorna. Men en planet som kretsar kring en av dessa stjärnor kommer att få bara en av dem att dämpas. Så, om du inte vet att det finns en andra stjärna, du kommer att underskatta planetens storlek.

Till exempel, om ett teleskop observerar att en stjärna dämpas med 5 procent, forskare skulle bestämma den transiterande planetens storlek i förhållande till den stjärnan. Men om en andra stjärna lägger till sitt ljus, planeten måste vara större för att orsaka samma mängd dimning.

Om planeten kretsar runt den ljusare stjärnan i ett binärt par, det mesta av ljuset i systemet kommer i alla fall från den stjärnan, så den andra stjärnan kommer inte att ha någon större effekt på planetens beräknade storlek. Men om planeten kretsar runt den svagare stjärnan, desto större, primärstjärnan bidrar med mer ljus till systemet, och korrigeringen till den beräknade planetradien kan vara stor – den kan fördubblas, tredubbla eller öka ännu mer. Detta kommer att påverka hur planetens omloppsavstånd beräknas, vilket kan påverka om planeten befinns vara i den beboeliga zonen.

Om stjärnorna är ungefär lika i ljusstyrka, planetens "nya" radie är cirka 40 procent större än om ljuset antogs komma från en enda stjärna. Eftersom densiteten beräknas med hjälp av radiens kub, detta skulle innebära en nästan trefaldig minskning av densiteten. Effekten av denna korrigering är mest betydande för mindre planeter eftersom det betyder att en planet som en gång ansågs vara stenig kunde, faktiskt, vara gasformig.

Den nya studien

I den nya studien, Furlan och Howell fokuserade på 50 planeter i Kepler-observatoriets synfält vars massor och radier tidigare uppskattats. Alla dessa planeter kretsar runt stjärnor som har stjärnkompisar inom cirka 1, 700 astronomiska enheter. För 43 av de 50 planeterna, Tidigare rapporter om deras storlekar tog inte hänsyn till bidraget från ljus från en andra stjärna. Det betyder att en revidering av deras rapporterade storlekar är nödvändig.

I de flesta fallen, förändringen av planeternas rapporterade storlekar skulle vara liten. Tidigare forskning visade att 24 av de 50 planeterna kretsar kring de större, ljusare stjärna i ett binärt par. Dessutom, Furlan och Howell bestämde att 11 av dessa planeter skulle vara för stora för att vara planeter om de kretsade runt den svagare följeslagarstjärnan. Så, för 35 av de 50 planeterna, de publicerade storlekarna kommer inte att ändras väsentligt.

Men för 15 av planeterna, de kunde inte avgöra om de kretsar kring den svagare eller ljusare stjärnan i ett binärt par. För fem av de 15 planeterna, stjärnorna i fråga har ungefär lika ljusstyrka, så deras densitet kommer att minska avsevärt oavsett vilken stjärna de kretsar kring.

Denna effekt av sällskapsstjärnor är viktig för forskare som karakteriserar planeter som upptäckts av Kepler, som har hittat tusentals exoplaneter. Det kommer också att vara betydelsefullt för NASA:s kommande Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) uppdrag, som kommer att leta efter små planeter i närheten, ljusa stjärnor och små, coola stjärnor.

"I ytterligare studier, vi vill se till att vi observerar typen och storleken på planeten vi tror att vi är, " sa Howell. "Rätta planetstorlekar och densiteter är avgörande för framtida observationer av högvärdiga planeter av NASA:s James Webb rymdteleskop. I den stora bilden, Att veta vilka planeter som är små och steniga kommer att hjälpa oss att förstå hur sannolikt det är att vi hittar planeter lika stora som våra på andra ställen i galaxen."