Trois « exoplanètes » se révèlent être des étoiles

Parmi des milliers d’exoplanètes connues, les astronomes du MIT en ont signalé trois qui sont en fait des étoiles. Sur la photo, l’interprétation d’un artiste des étoiles et des planètes. Crédit : NASA

Parmi les milliers d’exoplanètes connues,[{” attribute=””>MIT astronomers flag three that are actually stars.

The first worlds beyond our solar system were discovered three decades ago. Since then, close to 5,000 exoplanets have been confirmed in our galaxy. Astronomers have detected another 5,000 planetary candidates — objects that might be planets but have yet to be confirmed. Now, the list of planets has shrunk by at least three.

In a study published on March 15, 2022, in the Astronomical Journal, MIT astronomers report that three, and potentially four, planets that were originally discovered by NASA’s Kepler Space Telescope are in fact misclassified. Instead, these suspected planets are likely small stars.

The team used updated measurements of planet-hosting stars to double-check the size of the planets, and identified three that are simply too big to be planets. With new and better estimates of stellar properties, the researchers found that the three objects, which are known as Kepler-854b, Kepler-840b, and Kepler-699b, are now estimated to be between two and four times the size of Jupiter.

“Most exoplanets are Jupiter-sized or much smaller. Twice [the size of] Jupiter est déjà suspect. Une planète plus grande que cela ne peut pas être, et c’est ce que nous avons trouvé », déclare le premier auteur de l’étude, Prajwal Niraula, étudiant diplômé au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT.

Une quatrième planète, Kepler-747b, fait environ 1,8 fois la taille de Jupiter, ce qui est comparable aux plus grandes planètes confirmées. Mais Kepler-747b est relativement loin de son étoile et la quantité de lumière qu’elle reçoit est trop faible pour soutenir une planète de sa taille. Le statut planétaire de Kepler-747b, conclut l’équipe, est suspect mais pas entièrement invraisemblable.

“Dans l’ensemble, cette étude rend la liste actuelle des planètes plus complète”, déclare l’auteur de l’étude Avi Shporer, chercheur à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. « Les gens se fient à cette liste pour étudier la population des planètes dans son ensemble. Si vous utilisez un échantillon avec quelques intrus, vos résultats peuvent être inexacts. Donc, il est important que la liste des planètes ne soit pas contaminée. »

Les co-auteurs de l’étude incluent également Ian Wong, boursier du programme postdoctoral de la NASA au centre de vol spatial Goddard de la NASA, et le professeur adjoint du MIT Julien de Wit.

Mises à jour stellaires

Déraciner les imposteurs planétaires n’était pas l’objectif initial de l’équipe. Niraula avait initialement l’intention de rechercher des systèmes présentant des signes de distorsion des marées.

“Si vous avez deux objets proches l’un de l’autre, l’attraction gravitationnelle de l’un fera que l’autre aura la forme d’un œuf, ou ellipsoïde, ce qui vous donne une idée de la masse du compagnon”, explique Niraula. “Ainsi, vous pouvez déterminer s’il s’agit d’un système étoile-étoile ou étoile-planète, simplement en fonction de cette force de marée.”

En parcourant le catalogue Kepler, il est tombé sur un signal de Kepler-854b qui semblait trop grand pour être vrai.

“Soudain, nous avons eu un système où nous avons vu ce signal ellipsoïdal qui était énorme, et assez immédiatement nous avons su que cela ne pouvait pas provenir d’une planète”, explique Shporer. “Ensuite, nous avons pensé que quelque chose ne collait pas.”

L’équipe a ensuite examiné à la fois l’étoile et le candidat planétaire. Comme pour toutes les planètes détectées par Kepler, Kepler-854b a été repéré par une détection de transit – une baisse périodique de la lumière des étoiles qui signale une éventuelle planète passant devant son étoile. La profondeur de ce creux représente le rapport entre la taille de la planète et celle de son étoile. Les astronomes peuvent calculer la taille de la planète en fonction de ce qu’ils savent de la taille de l’étoile. Mais comme Kepler-854b a été découvert en 2016, sa taille était basée sur des estimations stellaires moins précises qu’elles ne le sont aujourd’hui.

Actuellement, les mesures les plus précises des étoiles proviennent de la mission Gaia de l’Agence spatiale européenne, un observatoire spatial conçu pour mesurer et cartographier avec précision les propriétés et les trajectoires des étoiles dans le[{” attribute=””>Milky Way. In 2016, Gaia’s measurements of Kepler-854 were not yet available. Given the stellar information that was available, the object seemed to be a plausible-sized planet. But Niraula found that with Gaia’s improved estimates, Kepler-854b turned out to be much larger, at three times the size of Jupiter.

“There’s no way the universe can make a planet of that size,” Shporer says. “It just doesn’t exist.”

Tiny corrections

The team confirmed that Kepler-854b was a planetary “false positive” — not a planet at all, but instead, a small star orbiting a larger host star. Then they wondered: Could there be more?

Niraula searched through the Kepler catalog’s more than 2,000 planets, this time for significant updates to the size of stars provided by Gaia. He ultimately discovered three stars whose sizes significantly changed based on Gaia’s improved measurements. From these estimates, the team recalculated the size of the planets orbiting each star, and found them to be about two to four times Jupiter’s size.

“That was a very big flag,” Niraula says. “We now have three objects that are now not planets, and the fourth is likely not a planet.”

Going forward, the team anticipates that there won’t be many more such corrections to existing exoplanet catalogs.

“This is a tiny correction,” Shporer says. “It comes from the better understanding of stars, which is only improving all the time. So, the chances of a star’s radius being so incorrect are much smaller. These misclassifications are not going to happen many times more.”

Reference: “Revisiting Kepler Transiting Systems: Unvetting Planets and Constraining Relationships among Harmonics in Phase Curves” by Prajwal Niraula, Avi Shporer, Ian Wong and Julien de Wit, 15 March 2022, Astronomical Journal.
DOI: 10.3847/1538-3881/ac4f64

This research was supported in part by NASA.

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