A la recherche de planètes semblables à la nôtre, un point de comparaison important est la densité de la planète. Une faible densité indique aux scientifiques qu'une planète est plus susceptible d'être gazeuse comme Jupiter, et une densité élevée est associée aux planètes rocheuses comme la Terre. Mais une nouvelle étude suggère que certains sont moins denses qu'on ne le pensait auparavant en raison d'une seconde, étoile cachée dans leurs systèmes.

Alors que les télescopes fixent des parcelles de ciel particulières, ils ne peuvent pas toujours faire la différence entre une étoile et deux. Un système de deux étoiles en orbite rapprochée peut apparaître sur les images comme un seul point lumineux, même à partir d'observatoires sophistiqués tels que le télescope spatial Kepler de la NASA. Cela peut avoir des conséquences importantes pour déterminer la taille des planètes en orbite autour d'une seule de ces étoiles, dit une étude à paraître dans le Journal astronomique par Elise Furlan de Caltech/IPAC-NExScI à Pasadena, Californie, et Steve Howell au Ames Research Center de la NASA dans la Silicon Valley en Californie.

"Notre compréhension du nombre de planètes petites comme la Terre, et combien sont gros comme Jupiter, peut changer à mesure que nous obtenons plus d'informations sur les étoiles qu'elles orbitent, " Furlan a déclaré. "Vous devez vraiment bien connaître l'étoile pour bien comprendre les propriétés de ses planètes."

Certaines des planètes les mieux étudiées en dehors de notre système solaire - ou exoplanètes - sont connues pour orbiter autour d'étoiles solitaires. Nous connaissons Kepler-186f, une planète de la taille de la Terre dans la zone habitable de son étoile, orbite autour d'une étoile qui n'a pas de compagne (la zone habitable est la distance à laquelle une planète rocheuse pourrait supporter de l'eau liquide à sa surface). TRAPPISTE-1, l'étoile naine ultra-froide qui abrite sept planètes de la taille de la Terre, n'a pas non plus de compagnon. Cela signifie qu'il n'y a pas de deuxième étoile compliquant l'estimation des diamètres des planètes, et donc leurs densités.

Mais d'autres étoiles ont un compagnon proche, l'imagerie à haute résolution a récemment révélé. David Ciardi, scientifique en chef au NASA Exoplanet Science Institute (NExScI) à Caltech, a mené un effort à grande échelle pour suivre les étoiles que Kepler avait étudiées à l'aide de divers télescopes au sol. Cette, combiné avec d'autres recherches, a confirmé que de nombreuses étoiles où Kepler a trouvé des planètes ont des compagnons binaires. Dans certains cas, les diamètres des planètes en orbite autour de ces étoiles ont été calculés sans tenir compte de l'étoile compagne. Cela signifie que les estimations de leurs tailles devraient être plus petites, et leurs densités plus élevées, que leurs vraies valeurs.

Des études antérieures ont déterminé qu'environ la moitié de toutes les étoiles semblables au soleil dans le voisinage de notre soleil ont un compagnon à moins de 10, 000 unités astronomiques (une unité astronomique est égale à la distance moyenne entre le soleil et la Terre, 93 millions de miles ou 150 millions de kilomètres). Basé sur ceci, environ 15 pour cent des étoiles dans le champ Kepler pourraient avoir un brillant, compagnon proche, ce qui signifie que les planètes autour de ces étoiles peuvent être moins denses qu'on ne le pensait auparavant.

Le problème de transit pour les binaires

Lorsqu'un télescope repère une planète passant devant son étoile - un événement appelé "transit" - les astronomes mesurent la diminution apparente de la luminosité de l'étoile qui en résulte. La quantité de lumière bloquée pendant un transit dépend de la taille de la planète - plus la planète est grosse, plus il bloque la lumière, et plus la gradation observée est importante. Les scientifiques utilisent ces informations pour déterminer le rayon (la moitié du diamètre) de la planète.

S'il y a deux étoiles dans le système, le télescope mesure la lumière combinée des deux étoiles. Mais une planète en orbite autour d'une de ces étoiles fera s'assombrir une seule d'entre elles. Donc, si tu ne sais pas qu'il y a une deuxième étoile, vous sous-estimerez la taille de la planète.

Par exemple, si un télescope observe qu'une étoile s'assombrit de 5 %, les scientifiques détermineraient la taille de la planète en transit par rapport à cette étoile. Mais si une deuxième étoile ajoute sa lumière, la planète doit être plus grande pour provoquer la même quantité de gradation.

Si la planète orbite autour de l'étoile la plus brillante dans une paire binaire, la plupart de la lumière dans le système vient de cette étoile de toute façon, donc la deuxième étoile n'aura pas un grand effet sur la taille calculée de la planète. Mais si la planète orbite autour de l'étoile la plus faible, le plus grand, l'étoile primaire apporte plus de lumière au système, et la correction du rayon calculé de la planète peut être importante - elle pourrait doubler, tripler ou augmenter encore plus. Cela affectera la façon dont la distance orbitale de la planète est calculée, ce qui pourrait avoir un impact sur le fait que la planète se trouve dans la zone habitable.

Si les étoiles sont à peu près égales en luminosité, le "nouveau" rayon de la planète est environ 40 pour cent plus grand que si la lumière était supposée provenir d'une seule étoile. Parce que la densité est calculée en utilisant le cube du rayon, cela signifierait une diminution de presque trois fois de la densité. L'impact de cette correction est le plus important pour les planètes plus petites car cela signifie qu'une planète autrefois considérée comme rocheuse pourrait, En réalité, être gazeux.

La nouvelle étude

Dans la nouvelle étude, Furlan et Howell se sont concentrés sur 50 planètes dans le champ de vision de l'observatoire Kepler dont les masses et les rayons avaient été précédemment estimés. Ces planètes sont toutes en orbite autour d'étoiles qui ont des compagnons stellaires à environ 1, 700 unités astronomiques. Pour 43 des 50 planètes, les rapports précédents sur leurs tailles ne prenaient pas en compte la contribution de la lumière d'une deuxième étoile. Cela signifie qu'une révision de leurs tailles déclarées est nécessaire.

Dans la plupart des cas, le changement des tailles rapportées des planètes serait faible. Des recherches antérieures ont montré que 24 des 50 planètes orbitent autour de la plus grande, étoile plus brillante dans une paire binaire. De plus, Furlan et Howell ont déterminé que 11 de ces planètes seraient trop grandes pour être des planètes si elles tournaient autour de l'étoile compagne plus faible. Donc, pour 35 des 50 planètes, les tailles publiées ne changeront pas substantiellement.

Mais pour 15 des planètes, ils n'ont pas pu déterminer s'ils orbitent autour de l'étoile la plus faible ou la plus brillante d'une paire binaire. Pour cinq des 15 planètes, les étoiles en question sont d'éclat à peu près égal, donc leurs densités diminueront considérablement quelle que soit l'étoile sur laquelle elles orbitent.

Cet effet des étoiles compagnes est important pour les scientifiques caractérisant les planètes découvertes par Kepler, qui a trouvé des milliers d'exoplanètes. Il sera également important pour la prochaine mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA, qui cherchera de petites planètes à proximité, étoiles brillantes et petites, étoiles fraîches.

« Dans d'autres études, nous voulons nous assurer que nous observons le type et la taille de la planète que nous pensons être, ", a déclaré Howell. "Des tailles et des densités de planètes correctes sont essentielles pour les futures observations de planètes de grande valeur par le télescope spatial James Webb de la NASA. Dans la grande image, savoir quelles planètes sont petites et rocheuses nous aidera à comprendre à quel point nous sommes susceptibles de trouver des planètes de la taille de la nôtre ailleurs dans la galaxie."