Bland de mer än 4, 000 kända exoplaneter, KOI-456.04 är något speciellt:mindre än dubbelt så stor som jorden, den kretsar kring en solliknande stjärna. Och det gör det med ett avstånd mellan stjärnan och planeten som kan tillåta planetariska yttemperaturer som främjar liv. Objektet upptäcktes av ett team ledd av Max Planck-institutet för solsystemforskning i Göttingen. Dess värdstjärna, kallas Kepler-160, faktiskt avger synligt ljus; de centrala stjärnorna på nästan alla andra exoplaneter, å andra sidan, avger infraröd strålning, är mindre och svagare än solen och tillhör därför klassen av röda dvärgstjärnor.

Rymdteleskop som CoRoT, Kepler, och TESS har tillåtit forskare upptäckten av cirka 4000 extrasolära planeter (planeter runt avlägsna stjärnor) under de senaste 14 åren. De flesta av dessa planeter är lika stora som gasjätten Neptunus, ungefär fyra gånger så stor som jorden, och i relativt nära banor runt sina respektive värdstjärnor. Men forskare har också upptäckt några exoplaneter så små som jorden som potentiellt kan vara steniga. Och en handfull av dessa små planeter är också på rätt avstånd till sin värdstjärna för att potentiellt ha måttliga yttemperaturer för närvaron av flytande ytvatten - den väsentliga ingrediensen för liv på jorden. "Den fullständiga bilden av beboelighet, dock, involverar också en titt på stjärnans egenskaper, " förklarar MPS-forskaren och huvudförfattaren till den nya studien Dr. René Heller. Hittills, nästan alla exoplaneter som är mindre än dubbelt så stora som jorden som har potential för clementyttemperaturer är i omloppsbana runt en röd dvärg.

Röda dvärgstjärnor är kända för sin extremt långa livslängd. Livet på en exoplanet i omloppsbana runt en gammal röd dvärgstjärna kunde potentiellt ha haft dubbelt så lång tid än livet på jorden att bildas och utvecklas. Men strålningen från en röd dvärgstjärna är mestadels infrarött snarare än synligt ljus som vi känner det. Många röda dvärgar är också ökända för att sända ut högenergiflammor och för att steka sina planeter, som senare skulle bli beboeligt, med förstärkt stjärnljusstyrka så länge dessa stjärnor är unga. Dessutom, deras svaghet kräver att alla beboeliga planeter är så nära stjärnan att stjärngravitationen börjar deformera planeten avsevärt. Den resulterande tidvattenuppvärmningen i planeten kan utlösa dödlig global vulkanism. Allt tillsammans, beboeligheten av planeter runt röda dvärgstjärnor diskuteras hårt i det vetenskapliga samfundet.

I deras nya forskningsartikel, teamet av forskare från MPS, Sonnebergs observatorium, universitetet i Göttingen, University of California i Santa Cruz, och från NASA rapporterar nu upptäckten av en planetkandidat som är mindre än dubbelt så stor som jorden och med måttlig belysning från en solliknande stjärna. På ett avstånd av drygt 3000 ljusår från solsystemet, stjärnan Kepler-160 var belägen i synfältet för Keplers primäruppdrag och observerades kontinuerligt från 2009 till 2013. Dess radie på 1,1 solradier, dess yttemperatur på 5200 grader Celsius (300 grader mindre än solen), och dess mycket solliknande stjärnljusstyrka gör den till en astrofysisk skildring av vår egen moderstjärna.

Kepler-160 har varit känt i ungefär sex år för att vara en värdstjärna för två exoplaneter, kallas Kepler-160b och Kepler-160c. Båda dessa planeter är betydligt större än jorden och i relativt nära banor runt sin stjärna. Deras yttemperaturer skulle säkert göra dem varmare än en bakugn och allt annat än gästvänliga för livet som vi känner det. Men små variationer i omloppsperioden för planeten Kepler-160c gav forskarna en signatur för en tredje planet som ännu inte hade bekräftats.

Teamet av tyska och amerikanska forskare återvände nu till Kepler-arkivdata från Kepler-160 för att söka efter ytterligare planeter runt den stjärnan och för att verifiera det planetariska ursprunget för störaren i Kepler-160c-banan. Heller och hans kollegor hade tidigare lyckats hitta totalt 18 exoplaneter i gamla Kepler-data.

När man letar efter exoplaneter, forskare letar vanligtvis efter upprepade ljusstyrkavariationer av stjärnor. Dessa tillfälliga nedbländningar, vanligtvis bara en procent eller mindre av den skenbara ljusstyrkan, kan orsakas av planeter som passerar värdstjärnornas skivor sett från jorden. Michael Hippkes nyckelidé, medförfattare till det nya verket, och Heller skulle använda en detaljerad fysisk modell av stjärnljusstyrkans variation istället för att söka efter ett stegliknande hopp-till-dimmer och sedan hoppa tillbaka till normal ljusstyrka i stjärnljuskurvor. Denna rutaliknande uppskattning brukade vara standardsöktekniken i nästan två decennier. "Vår förbättring är särskilt viktig i sökandet efter små, Planeter i jordstorlek, " Heller förklarar. "Planetsignalen är så svag att den nästan helt är gömd i bruset från data. Vår nya sökmask är något bättre när det gäller att separera en sann exoplanetär signal från bruset i de kritiska fallen, " tillägger Heller.

Deras nya sökalgoritm var avgörande för upptäckten av den nya transiterande planetkandidaten KOI-456.04. "Vår analys tyder på att Kepler-160 inte kretsar av två utan av totalt fyra planeter, " Heller sammanfattar den nya studien. En av de två planeterna som Heller och hans kollegor hittade är Kepler-160d, den tidigare misstänkta planeten ansvarig för Kepler-160c:s förvrängda omloppsbana. Kepler-160d visar inga genomgångar i stjärnans ljuskurva och det har därför bekräftats indirekt. Den andra planeten, formellt en planetkandidat, är KOI-456.04, troligen en transitplanet med en radie på 1,9 jordradier och en omloppstid på 378 dagar. Med tanke på dess solliknande värdstjärna, den mycket jordliknande omloppsperioden resulterar i en mycket jordliknande instrålning från stjärnan – både när det gäller mängden ljus som tas emot och när det gäller ljusets färg. Ljus från Kepler-160 är synligt ljus mycket likt solljus. Med alla saker i åtanke, KOI-456.04 sitter i en region av stjärnans beboeliga zon - avståndsområdet runt en stjärna som släpper in flytande ytvatten på en jordliknande planet - som är jämförbar med jordens position runt solen.

"KOI-456.01 är relativt stor jämfört med många andra planeter som anses potentiellt beboeliga. Men det är kombinationen av denna mindre än dubbelt så stora jordplanet och dess värdstjärna av soltyp som gör den så speciell och välbekant, " förtydligar Heller. Som en konsekvens, ytförhållandena på KOI-456.04 kan vara liknande de som är kända på jorden, förutsatt att dess atmosfär inte är för massiv och icke-jordliknande. Mängden ljus som tas emot från dess värdstjärna är cirka 93 procent av solljuset som tas emot på jorden. Om KOI-456.04 har en mestadels inert atmosfär med en mild jordliknande växthuseffekt, då skulle dess yttemperatur vara +5 grader Celsius i genomsnitt, vilket är cirka tio grader lägre än jordens globala medeltemperatur.

It cannot currently be ruled out completely that KOI-456.04 is in fact a statistical fluke or a systematic measurement error instead of a genuine planet. The team estimates the chances of a planetary nature of KOI-456.04 to be about 85% pro planet. Obtaining a formal planetary status requires 99%. While some of the Earth's most powerful ground-based telescopes might be able to validate this candidate with observations of one of its upcoming transits, there is also a good chance that the PLATO space mission of ESA will be capable of a confirmation. PLATO is scheduled for launch in 2026 and one of its major science goals is the discovery of Earth-sized planets around sun-like stars. The MPS is currently building the PLATO Data Center and deeply involved in the PLATO mission. If PLATO will be oriented in such a way as to re-observe the field of view of the Kepler primary mission, then KOI-456.04 will have a chance of being confirmed and studied in even more detail with PLATO.