Parmi les milliers d’exoplanètes connues, les astronomes du MIT en ont repéré trois qui sont en fait des étoiles. La photo représente une interprétation artistique d’étoiles et de planètes. Crédit : NASA
Parmi les milliers d’exoplanètes connues, 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 ne peut pas être une planète, et c’est ce que nous avons trouvé”, déclare le premier auteur de l’étude, Prajwal Niraula, un étudiant diplômé du 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 très grandes planètes confirmées. Mais Kepler-747b est relativement éloignée de son étoile, et la quantité de lumière qu’elle reçoit est trop faible pour entretenir une planète de cette taille. L’équipe conclut que le statut de planète de Kepler-747b est suspect mais pas totalement 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 s’appuient sur cette liste pour étudier la population des planètes dans son ensemble. Si vous utilisez un échantillon comportant quelques intrus, vos résultats peuvent être inexacts. Il est donc important que la liste des planètes ne soit pas contaminée.”
Les coauteurs de l’étude comprennent également Ian Wong, boursier du programme postdoctoral de la NASA au Goddard Space Flight Center, et Julien de Wit, professeur adjoint au MIT.
Mises à jour stellaires
Débusquer 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 due aux marées.
“Si vous avez deux objets proches l’un de l’autre, la force gravitationnelle de l’un fera que l’autre aura une forme ovoïde, ou ellipsoïdale, ce qui vous donne une idée de la masse du compagnon”, explique Niraula. “Ainsi, vous pourriez déterminer s’il s’agit d’un système étoile-étoile ou étoile-planète, juste sur la base de cette attraction de marée”.
En passant au peigne fin le catalogue Kepler, il est tombé sur un signal de Kepler-854b qui semblait trop grand pour être vrai.
“Soudain, nous avions 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”, dit Shporer. “Puis nous nous sommes dit que quelque chose ne collait pas”.
L’équipe a alors jeté un second regard à la fois sur l’étoile et sur le candidat planétaire. Comme toutes les planètes détectées par Kepler, Kepler-854b a été repérée par une détection de transit – une baisse périodique de la lumière de l’étoile qui signale le passage d’une éventuelle planète 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 à partir de ce qu’ils savent de la taille de l’étoile. Mais lorsque Kepler-854b a été découvert en 2016, sa taille était basée sur des estimations stellaires moins précises qu’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 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.
