Solar-type stars, solar analogs (also analogues), and solar twins are stars that are particularly similar to the Sun.  The stellar classification is a hierarchy with solar twin being most like the Sun followed by solar analog and then solar-type. Observations of these stars are important for understanding better the properties of the Sun in relation to other stars and the habitability of planets.

By similarity to the Sun 
Defining the three categories by their similarity to the Sun reflects the evolution of astronomical observational techniques. Originally, solar-type was the closest that similarity to the Sun could be defined. Later, more precise measurement techniques and improved observatories allowed for greater precision of key details like temperature, enabling the creation of a solar analog category for stars that were particularly similar to the Sun. Later still, continued improvements in precision allowed for the creation of a solar-twin category for near-perfect matches.

Similarity to the Sun allows for checking derived quantities—such as temperature, which is derived from the color index—against the Sun, the only star whose temperature is confidently known. For stars that are not similar to the Sun, this cross-checking cannot be done.

Solar-type 
These stars are broadly similar to the Sun. They are main-sequence stars with a B−V color between 0.48 and 0.80, the Sun having a B−V color of 0.65. Alternatively, a definition based on spectral type can be used, such as F8V through K2V, which would correspond to B−V color of 0.50 to 1.00. This definition fits approximately 10% of stars, so a list of solar-type stars would be quite extensive.

Solar-type stars show highly correlated behavior between their rotation rates and their chromospheric activity (e.g. Calcium H & K line emission) and coronal activity (e.g. X-ray emission) Because solar-type stars spin down during their main-sequence lifetimes due to magnetic braking, these correlations allow rough ages to be derived. Mamajek & Hillenbrand (2008) have estimated the ages for the 108 solar-type (F8V–K2V) main-sequence stars within 52 light-years (16 parsecs) of the Sun based on their chromospheric activity (as measured via Ca, H, and K emission lines).

The following table shows a sample of solar-type stars within 50 light years that nearly satisfy the criteria for solar analogs (B−V color between 0.48 and 0.80), based on current measurements (the Sun is listed for comparison):

Solar analog 
These stars are photometrically similar to the Sun, having the following qualities:
 Temperature within 500 K from that of the Sun (5278 to 6278 K)
 Metallicity of 50–200% (± 0.3 dex) of that of the Sun, meaning the star's protoplanetary disk would have had similar amounts of dust from which planets could form
 No close companion (orbital period of ten days or less), because such a companion stimulates stellar activity

Solar analogs not meeting the stricter solar twin criteria include, within 50 light years and in order of increasing distance (The Sun is listed for comparison.):

Solar twin 
To date no solar twin that exactly matches the Sun has been found. However, there are some stars that come very close to being identical to that of the Sun, and are such considered solar twins by members of the astronomical community. An exact solar twin would be a G2V star with a 5,778K surface temperature, be 4.6 billion years old, with the correct metallicity and a 0.1% solar luminosity variation. Stars with an age of 4.6 billion years are at the most stable state. Proper metallicity and size are also very important to low luminosity variation.

The stars below are more similar to the Sun and having the following qualities:
 Temperature within 50 K from that of the Sun (5728 to 5828 K) (within 10 K of sun (5768–5788 K)).
 Metallicity of 89–112% (± 0.05 dex) of that of the Sun, meaning the star's proplyd would have had almost exactly the same amount of dust for planetary formation
 No stellar companion, because the Sun itself is a solitary star
 An age within 1 billion years from that of the Sun (3.6 to 5.6 Ga)

The following are the known stars that come closest to satisfying the criteria for a solar twin. The Sun is listed for comparison. Highlighted boxes are out of range for a solar twin. The star may have been noted as solar twin in the past, but are more of a solar analog.

Some other stars are sometimes mentioned as solar-twin candidates such as: Beta Canum Venaticorum; however it has too low metallicities (−0.21) for solar twin. 16 Cygni B is sometimes noted as twin, but is part of a triple star system and is very old for a solar twin at 6.8 Ga. Two solar sibling candidates (similar age, metallicity, and kinematics) are Gaia DR2 1927143514955658880 and 1966383465746413568.

By potential habitability 
Another way of defining solar twin is as a "habstar"—a star with qualities believed to be particularly hospitable to a life-hosting planet. Qualities considered include variability, mass, age, metallicity, and close companions.
 At least 0.5–1 billion years old
 On the main sequence
 Non-variable
 Capable of harboring terrestrial planets
 Support a dynamically stable habitable zone
 0–1 non-wide stellar companion stars.

The requirement that the star remain on the main sequence for at least 0.5–1 Ga sets an upper limit of approximately 2.2–3.4 solar masses, corresponding to a hottest spectral type of A0-B7V. Such stars can be 100x as bright as the Sun. Tardigrade-like life (due to the UV flux) could potentially survive on planets orbiting stars as hot as B1V, with a mass of 10 M☉, and a temperature of 25,000 K, a main-sequence lifetime of about 20 million years.

Non-variability is ideally defined as variability of less than 1%, but 3% is the practical limit due to limits in available data. Variation in irradiance in a star's habitable zone due to a companion star with an eccentric orbit is also a concern.

Terrestrial planets in multiple star systems, those containing three or more stars, are not likely to have stable orbits in the long term. Stable orbits in binary systems take one of two forms: S-Type (satellite or circumstellar) orbits around one of the stars, and P-Type (planetary or circumbinary) orbits around the entire binary pair. Eccentric Jupiters may also disrupt the orbits of planets in habitable zones.

Metallicity of at least 40% solar ([Fe/H] = −0.4) is required for the formation of an Earth-like terrestrial planet. High metallicity strongly correlates to the formation of hot Jupiters, but these are not absolute bars to life, as some gas giants end up orbiting within the habitable zone themselves, and could potentially host Earth-like moons.

One example of such a star is , a G5V, at temperature of 5533 K, but is much younger than the Sun, at 1.9 billion years old.

Another such example would be HIP 11915, which has a planetary system containing a Jupiter-like planet orbiting at a similar distance that the planet Jupiter does in the Solar System. To strengthen the similarities, the star is class G5V, has a temperature of 5750 K, has a Sun-like mass and radius, and is only 500 million years younger than the Sun. As such, the habitable zone would extend in the same area as the zone in the Solar System, around 1 AU. This would allow an Earth-like planet to exist around 1 AU.

See also
 Catalog of Nearby Habitable Systems (HabCat)
 List of nearest bright stars
 List of nearest stars and brown dwarfs
 Main sequence
 G-type main-sequence star
 Habitability of G-type main-sequence stars
 Planetary habitability
 Space colonization

Footnotes

References

Further reading
유사 태양(類似太陽, Solar analog)이란 태양(太陽)과 비슷한 항성(恒星)들을 일컫는 말이다. 쌍둥이 태양(Solar twin)은 유사 태양보다 더 태양과 가까운 존재를 부르는 말이다. 태양형(太陽型, Solar-type)은 태양과 비슷하기는 하나 유사 태양이나 쌍둥이 태양만큼 비슷하지는 않은 존재를 가리킨다. 이들의 존재는 우리 지구와 같이 생명이 탄생할 가능성이 있는 외계 행성을 찾는 데 있어 중요하다.

태양과 비슷한 정도에 따른 분류 
위에 언급한 세 가지 유사 태양의 종류는 천체 관측 기술이 발달한 정도를 보여주는 지표이다. 기술이 발달하면서 최초 태양형 수준으로 근사하게 유사한 별을 찾아내던 수준에서 유사태양 목록을 얻게 되었으며, 최근 쌍둥이 태양을 다시 가려 내는 단계에 이르렀다.

태양과 얼마나 비슷한지를 판단하는 데에는 여러 물리적 값을 태양과 비교하는 방법을 쓰는데, 대표적인 수치로 표면온도가 있다. 표면온도는 색지수를 통해 알 수 있다. 태양과 비슷하지 않은 항성들 사이에는 이런 교차검증법을 사용할 수 없다.

태양형 

이들은 태양과 엇비슷하다. 주계열성(主系列星)이며 B-V 색지수(色指數)는 0.48에서 0.80 사이이다. 태양의 색지수는 0.65이다. 이 범위를 분광형(分光型) 기준으로 변환하면 F8V에서 K2V까지가 해당되며 색지수로는 0.50에서 1.00 사이이다.

태양형에 해당하는 항성은 주계열에 머무는 기간 중 자기제동 때문에 자전속도가 느려지고 이는 항성의 나이를 정확히 측정하기 어렵게 만든다. 마마이엑-힐렌브랜드(2008년)는 지구로부터 16 파섹 이내에 있는 태양형 항성(F8V ~ K2V) 108 개의 채층 활동을 관측, 나이를 측정했다.(칼슘, 수소, 칼륨 방출선을 이용했다.)

아래 표에는 지구로부터 50 광년 안에 있으면서 태양형 항성의 기준을 충족하는 별들 중 일부를 실었다.

유사 태양 
이들은 태양형 중에서도 측광학(測光學)적으로 태양과 유사한 존재들이다. 다음 조건을 만족해야 한다.
 태양 표면 온도와의 차이는 500K 이하여야 함.(5200 ~ 6300K)
 중원소 함유량이 태양의 50~200% 사이임.(지수로는 ± 0.3) 이는 해당 항성이 태어날 적 원시행성계 원반에 있던 무거운 물질의 양이 태양계의 초기 상태와 비슷해야 한다는 뜻이다.
 근처에 공전주기 10일 이내의 동반체(同伴體)가 없어야 한다. 이들 동반체는 항성의 표층(表層) 활동을 촉진시키기 때문이다.

태양과 비교할 때 유사 태양은 쌍둥이 태양만큼의 일치성을 보이지는 않는다. 아래 표는 지구로부터 50 광년 이내에 있는 유사 태양 일부를 수록한 것으로, 정렬기준은 지구로부터 가까운 순서이다.

쌍둥이 태양 
쌍둥이 태양은 유사 태양의 조건을 갖춤과 동시에 다음 조건을 더 만족해야 한다.
 태양의 표면 온도와 50K 이상 차이가 나면 안 된다.(5720~5830K)
 중원소 함유량은 태양의 89~112%이다.(지수로는 ± 0.05 차이) 이는 항성 탄생 초기 원시행성계원반에 있던 무거운 물질의 양이 태양계와 거의 같아야 한다는 뜻이다.
 단독성(單獨星)이어야 하고, 동반성이 있으면 안 된다. 태양은 단독성이다.
 나이는 35억~56억 살 사이이다.

아래 표에는 지구로부터 가까운 순서대로 쌍둥이 태양의 자격을 만족하는 항성을 수록했다. 태양은 비교를 위해 함께 실었다.

사냥개자리 베타, 쌍둥이자리 37, 백조자리 16 등이 쌍둥이 태양 후보로 언급되기도 한다. 그러나 이 셋은 엄밀히 따질 때 쌍둥이로서의 자격을 갖추지 못한다. 사냥개자리 베타와 쌍둥이자리 37은 중원소함량이 너무 적고, 백조자리 16 B는 너무 늙었다.(최소 70~80억 살) 사냥개자리 베타는 위 유사 태양 문단에서 이미 언급했다.

인류 거주 가능성에 의한 분류 
쌍둥이 태양을 정하는 기준이 어머니 항성의 유사성이 아니라 지구처럼 인간이 살 수 있는 행성을 거느릴 수 있는지의 여부로 정해지기도 한다. 여기에 쓰이는 주요 기준으로는 밝기의 변화량, 질량, 나이, 중원소(重元素) 함유량, 짝별이 가까운 곳에 있는지의 여부 등이 있다.
 나이는 최소 30억 년은 되어야 한다.
 주계열 단계
 변광성이 아니어야 함
 암석 행성을 거느릴 수 있어야 한다.
 아주 안정적인 생명체 거주가능영역을 만들고 있어야 함

항성이 주계열 단계에서 최소 30억 년 머무를 수 있기 위한 질량 상한선은 태양의 1.5배로 분광형상 F5 V에 해당된다. 이런 별의 밝기는 주계열 단계의 끝에서 절대등급으로 2.5, 태양광도의 8.55 배이다.

밝기 변화량의 허용치는 전체 밝기의 1% 이내이나 측정자료의 한계 때문에 실질적 허용치는 전체 밝기 3% 이내이다. 짝별의 공전궤도가 타원일 경우 가상행성에 가하는 빛의 양이 증가할 수 있는데 이 점도 고려할 사안이다.

세 개 이상 항성으로 이루어진 다중성계 내 암석행성은 안정적인 공전궤도를 오랫동안 갖지 못할 것이다. 쌍성계에서 안정적인 궤도가 형성되는 모형은 두 가지가 있는데, 하나는 S형으로 두 별 중 한 별의 주위를 도는 것이고 다른 하나는 P형으로 두 별을 하나의 항성처럼 삼아 쌍성의 주위를 도는 것이다. 타원궤도 가스행성 역시 생물권 내 행성의 궤도를 뒤틀어놓을 수 있다.

지구와 비슷한 암석행성이 만들어지기 위해서는 항성계의 중원소함량이 태양계의 40%([Fe/H] = −0.4)는 넘어야 한다. 중원소가 많은 항성계에는 가스 행성이 태어날 확률도 높으나 이것이 생명체 탄생에 반드시 부정적으로 작용하는 것은 아니다. 생물권을 도는 가스 행성이 지구 크기의 위성을 거느릴 수도 있기 때문이다.

상기 조건들을 만족하는 예 중 하나로 HD 70642를 꼽을 수 있다.

읽어보기 
 행성 거주가능성

각주 
 

항성
항성 목록
항성의 형태