Nella ricerca di pianeti simili al nostro, un importante punto di confronto è la densità del pianeta. Una bassa densità dice agli scienziati che un pianeta ha maggiori probabilità di essere gassoso come Giove, e un'alta densità è associata a pianeti rocciosi come la Terra. Ma un nuovo studio suggerisce che alcuni sono meno densi di quanto si pensasse in precedenza a causa di un secondo, stella nascosta nei loro sistemi.

Mentre i telescopi fissano particolari porzioni di cielo, non possono sempre distinguere tra una stella e due. Un sistema di due stelle in orbita ravvicinata può apparire nelle immagini come un singolo punto di luce, anche da osservatori sofisticati come il telescopio spaziale Kepler della NASA. Ciò può avere conseguenze significative per determinare le dimensioni dei pianeti che orbitano solo su una di queste stelle, dice un prossimo studio nel Giornale Astronomico di Elise Furlan del Caltech/IPAC-NExScI di Pasadena, California, e Steve Howell all'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California.

"La nostra comprensione di quanti pianeti sono piccoli come la Terra, e quanti sono grandi come Giove, potrebbe cambiare man mano che acquisiamo maggiori informazioni sulle stelle attorno alle quali orbitano, "Ha detto Furlan. "Devi davvero conoscere bene la stella per avere un buon controllo sulle proprietà dei suoi pianeti."

È noto che alcuni dei pianeti più studiati al di fuori del nostro sistema solare, o esopianeti, orbitano attorno a stelle solitarie. Conosciamo Keplero-186f, un pianeta delle dimensioni della Terra nella zona abitabile della sua stella, orbita intorno a una stella che non ha compagne (la zona abitabile è la distanza alla quale un pianeta roccioso potrebbe sostenere acqua liquida sulla sua superficie). TRAPPISTA-1, la stella nana ultra-fredda che ospita sette pianeti delle dimensioni della Terra, non ha nemmeno un compagno. Ciò significa che non c'è una seconda stella che complica la stima dei diametri dei pianeti, e quindi le loro densità.

Ma altre stelle hanno un compagno vicino, l'imaging ad alta risoluzione ha recentemente rivelato. Davide Ciardi, capo scienziato presso l'Exoplanet Science Institute (NExScI) della NASA al Caltech, ha condotto uno sforzo su larga scala per seguire le stelle che Kepler aveva studiato utilizzando una varietà di telescopi terrestri. Questo, combinato con altre ricerche, ha confermato che molte delle stelle in cui Kepler ha trovato i pianeti hanno compagni binari. In alcuni casi, i diametri dei pianeti in orbita attorno a queste stelle sono stati calcolati senza prendere in considerazione la stella compagna. Ciò significa che le stime per le loro dimensioni dovrebbero essere più piccole, e le loro densità più elevate, rispetto ai loro veri valori.

Precedenti studi hanno stabilito che circa la metà di tutte le stelle simili al sole nelle vicinanze del nostro sole hanno una compagna entro 10, 000 unità astronomiche (un'unità astronomica è uguale alla distanza media tra il sole e la Terra, 93 milioni di miglia o 150 milioni di chilometri). Basato su questo, circa il 15% delle stelle nel campo di Keplero potrebbe avere un brillante, compagno stretto, il che significa che i pianeti attorno a queste stelle potrebbero essere meno densi di quanto si pensasse in precedenza.

Il problema del transito per i binari

Quando un telescopio individua un pianeta che si incrocia davanti alla sua stella, un evento chiamato "transito", gli astronomi misurano l'apparente diminuzione della luminosità della stella. La quantità di luce bloccata durante un transito dipende dalle dimensioni del pianeta:più grande è il pianeta, più luce blocca, e maggiore è l'oscuramento che si osserva. Gli scienziati usano queste informazioni per determinare il raggio, metà del diametro, del pianeta.

Se ci sono due stelle nel sistema, il telescopio misura la luce combinata di entrambe le stelle. Ma un pianeta in orbita attorno a una di queste stelle farà oscurare solo una di esse. Così, se non sai che c'è una seconda stella, sottovaluterai le dimensioni del pianeta.

Per esempio, se un telescopio osserva che una stella si attenua del 5%, gli scienziati determinerebbero le dimensioni del pianeta in transito rispetto a quella stella. Ma se una seconda stella aggiunge la sua luce, il pianeta deve essere più grande per causare la stessa quantità di oscuramento.

Se il pianeta orbita attorno alla stella più luminosa in una coppia binaria, la maggior parte della luce nel sistema proviene comunque da quella stella, quindi la seconda stella non avrà un grande effetto sulla dimensione calcolata del pianeta. Ma se il pianeta orbita intorno alla stella più debole, il più grande, la stella primaria contribuisce con più luce al sistema, e la correzione al raggio del pianeta calcolato può essere grande:potrebbe raddoppiare, triplicare o aumentare ancora di più. Ciò influenzerà il modo in cui viene calcolata la distanza orbitale del pianeta, che potrebbe avere un impatto sul fatto che il pianeta si trovi nella zona abitabile.

Se le stelle sono all'incirca uguali in luminosità, il "nuovo" raggio del pianeta è circa il 40 percento più grande di quello che si avrebbe se la luce provenisse da una singola stella. Poiché la densità viene calcolata utilizzando il cubo del raggio, ciò significherebbe una diminuzione della densità di quasi tre volte. L'impatto di questa correzione è più significativo per i pianeti più piccoli perché significa che un pianeta che una volta era stato considerato roccioso potrebbe, infatti, essere gassoso.

Il nuovo studio

Nel nuovo studio, Furlan e Howell si sono concentrati su 50 pianeti nel campo visivo dell'osservatorio Kepler le cui masse e raggi erano stati precedentemente stimati. Questi pianeti orbitano tutti intorno a stelle che hanno compagne stellari entro circa 1, 700 unità astronomiche. Per 43 dei 50 pianeti, precedenti rapporti sulle loro dimensioni non tenevano conto del contributo di luce di una seconda stella. Ciò significa che è necessaria una revisione delle dimensioni riportate.

Nella maggior parte dei casi, il cambiamento alle dimensioni riportate dei pianeti sarebbe piccolo. Ricerche precedenti hanno mostrato che 24 dei 50 pianeti orbitano intorno al più grande, stella più luminosa in una coppia binaria. Inoltre, Furlan e Howell hanno determinato che 11 di questi pianeti sarebbero stati troppo grandi per essere pianeti se avessero orbitato attorno alla stella compagna più debole. Così, per 35 dei 50 pianeti, le dimensioni pubblicate non subiranno modifiche sostanziali.

Ma per 15 dei pianeti, non sono stati in grado di determinare se orbitano attorno alla stella più debole o più luminosa in una coppia binaria. Per cinque dei 15 pianeti, le stelle in questione hanno all'incirca la stessa luminosità, quindi le loro densità diminuiranno sostanzialmente indipendentemente dalla stella su cui orbitano.

Questo effetto delle stelle compagne è importante per gli scienziati che caratterizzano i pianeti scoperti da Keplero, che ha trovato migliaia di esopianeti. Sarà anche significativo per la prossima missione Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) della NASA, che cercherà piccoli pianeti nelle vicinanze, stelle luminose e piccole, stelle fresche.

"In ulteriori studi, vogliamo assicurarci di osservare il tipo e le dimensioni del pianeta che crediamo di essere, " Ha detto Howell. "Le dimensioni e le densità corrette dei pianeti sono fondamentali per le osservazioni future di pianeti di alto valore da parte del James Webb Space Telescope della NASA. Nella foto grande, sapere quali pianeti sono piccoli e rocciosi ci aiuterà a capire quanto è probabile che troveremo pianeti delle dimensioni dei nostri altrove nella galassia".