Międzynarodowy zespół astronomów dokładnie określił promień i masę najmniejszej znanej dotąd gwiazdy płonącej jądro.
Obserwacje przeprowadzono w marcu 2004 r. Za pomocą spektrografu wielowłóknowego FLAMES na 8,2-metrowym teleskopie Kueyen VLT w Obserwatorium Paranal ESO (Chile). Są one częścią dużego programu mającego na celu pomiar dokładnych prędkości radialnych dla sześćdziesięciu gwiazd, dla których podczas badania OGLE wykryto tymczasowy „spadek” jasności.
Astronomowie stwierdzili, że zapad widziany na krzywej światła gwiazdy znanej jako OGLE-TR-122 jest powodowany przez bardzo małego towarzysza gwiezdnego, który zaćmiewa tę podobną do Słońca gwiazdę co 7,3 dnia.
Ten towarzysz jest 96 razy cięższy od planety Jowisz, ale tylko 16% większy. Po raz pierwszy bezpośrednie obserwacje pokazują, że gwiazdy o masie mniejszej niż 1/10 masy Słońca mają prawie taki sam rozmiar jak planety gigantyczne. Fakt ten będzie oczywiście musiał zostać wzięty pod uwagę podczas obecnych poszukiwań tranzytowych egzoplanet.
Ponadto obserwacje za pomocą Bardzo Dużego Teleskopu doprowadziły do odkrycia siedmiu nowych układów podwójnych zaćmień, które zawierają gwiazdy o masach poniżej jednej trzeciej masy Słońca, co jest prawdziwą bonanzą dla astronomów.
Ankieta OGLE
Kiedy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą macierzystą (widzianą z Ziemi), blokuje niewielki ułamek światła gwiazdy przed naszym widokiem [1].
Te „transfery planetarne” są bardzo interesujące, ponieważ pozwalają astronomom mierzyć w unikalny sposób masę i promień egzoplanet. W związku z tym trwa kilka badań, które próbują znaleźć te słabe sygnatury innych światów.
Jednym z tych programów jest badanie OGLE, które pierwotnie miało na celu wykrycie zdarzeń mikrosoczewkowania poprzez monitorowanie jasności bardzo dużej liczby gwiazd w dłuższych odstępach czasu. W ostatnich latach poszukiwania obejmowały także okresowe, bardzo płytkie „spadki” w jasności gwiazd, spowodowane regularnym tranzytem małych obiektów krążących wokół Ziemi (małe gwiazdy, brązowe karły [2] lub planety wielkości Jowisza). Zespół OGLE ogłosił odtąd 177 „kandydatów na tranzyt planetarny” na podstawie badania kilkuset tysięcy gwiazd na trzech polach nieba południowego, jednego w kierunku centrum galaktycznego, drugiego w gwiazdozbiorze Cariny i trzeciego w gwiazdozbiorach Centaurus / Musca.
Naturę obiektu w tranzycie można jednak ustalić tylko poprzez kolejne obserwacje prędkości gwiazdy promieniowej gwiazdy macierzystej. Rozmiar zmian prędkości (amplituda) jest bezpośrednio związany z masą obiektu towarzyszącego, a zatem pozwala na rozróżnienie gwiazd i planet jako przyczyny obserwowanego „zapadu” jasności.
Bonanza gwiazd o niskiej masie
Międzynarodowy zespół astronomów [3] wykorzystał do tej pracy 8,2-metrowy teleskop Kueyen VLT. Korzystając z możliwości multipleksowania obiektu FLAMES / UVES, który pozwala na uzyskanie widm o wysokiej rozdzielczości do 8 obiektów jednocześnie, przyjrzeli się 60 kandydującym gwiazdom przejściowym OGLE, mierząc ich prędkości radialne z dokładnością około 50 m / s [ 4].
Ten ambitny program jak dotąd doprowadził do odkrycia pięciu nowych tranzytowych egzoplanet (patrz np. ESO PR 11/04 w sprawie ogłoszenia dwóch z nich).
Większość innych kandydatów na tranzyt zidentyfikowanych przez OGLE okazała się być zaćmieniami podwójnymi, czyli w większości przypadków powszechnymi, małymi i małymi masami przechodzącymi przed gwiazdą podobną do Słońca. To dodatkowe bogactwo danych o małych i jasnych gwiazdach jest prawdziwą bonanzą dla astronomów.
Ograniczanie relacji między masą a promieniem
Gwiazdy o niskiej masie są wyjątkowo interesującymi obiektami, również dlatego, że warunki fizyczne w ich wnętrzach mają wiele wspólnego z warunkami na gigantycznych planetach, takich jak Jowisz w naszym Układzie Słonecznym. Co więcej, określenie rozmiarów najmniejszych gwiazd dostarcza pośrednich, kluczowych informacji o zachowaniu materii w ekstremalnych warunkach [5].
Do niedawna dokonano bardzo niewielu obserwacji i niewiele wiadomo o gwiazdach o niskiej masie. W tej chwili dokładne wartości promieni są znane tylko dla czterech gwiazd o masach mniejszych niż jedna trzecia masy Słońca (porównaj ESO PR 22/02 dla pomiarów wykonanych za pomocą interferometru bardzo dużego teleskopu) i wcale dla mas poniżej jednej ósmej masy Słońca.
Ta sytuacja zmienia się teraz dramatycznie. Rzeczywiście, obserwacje za pomocą Very Large Telescope doprowadziły dotychczas do odkrycia siedmiu nowych binariów zaćmień, w których znajdują się gwiazdy o masach poniżej jednej trzeciej masy Słońca.
Ten nowy zestaw obserwacji prawie trzykrotnie zwiększa liczbę gwiazd o niskiej masie, dla których znane są dokładne promienie i masy. A nawet lepiej - jedna z tych gwiazd okazuje się teraz najmniejszą znaną!
Gwiazdy o rozmiarach planet
Nowo znaleziony gnom gwiezdny jest towarzyszem OGLE-TR-122, raczej odległej gwiazdy w galaktyce Drogi Mlecznej, widzianej w kierunku południowej konstelacji Carina.
Program OGLE ujawnił, że OGLE-TR-122 doświadcza 1,5-procentowego spadku jasności raz na 7 dni 6 godzin i 27 minut, za każdym razem trwając nieco ponad 3 godziny (około 188 minut). Pomiary FLAMES / UVES, wykonane podczas 6 nocy w marcu 2004 r., Ujawniają zmiany prędkości radialnej tego okresu o amplitudzie około 20 km / s. Jest to wyraźna sygnatura gwiazdy o bardzo małej masie, bliskiej granicy spalania wodoru, krążącej wokół OGLE-TR-122. Ten towarzysz otrzymał nazwę OGLE-TR-122b.
Jak wyjaśnia François Bouchy z Observatoire Astronomique Marseille Provence (Francja): „W połączeniu z informacjami zebranymi przez OGLE, nasze dane spektroskopowe pozwalają nam obecnie określić naturę bardziej masywnej gwiazdy w układzie, która wydaje się być słoneczna lubić".
Informacje te można następnie wykorzystać do ustalenia masy i promienia znacznie mniejszego towarzysza OGLE-TR-122b. Rzeczywiście, głębokość (spadek jasności) przejścia daje bezpośrednie oszacowanie stosunku między promieniami dwóch gwiazd, a orbita spektroskopowa zapewnia unikalną wartość masy towarzysza, gdy tylko znana jest masa większej gwiazdy .
Astronomowie stwierdzili, że OGLE-TR-122b waży jedną jedenastą masy Słońca i ma średnicę, która jest tylko jedną ósmą masy Słońca. Tak więc, chociaż gwiazda jest wciąż 96 razy masywniejsza niż Jowisz, jest tylko 16% większa niż ta gigantyczna planeta!
Gęsta gwiazda
„Wyobraź sobie, że dodajesz 95-krotną masę do Jowisza, a mimo to otrzymujesz gwiazdę, która jest tylko nieco większa”, sugeruje Claudio Melo z ESO i członek zespołu astronomów, który przeprowadził badanie. „Obiekt kurczy się, aby zrobić miejsce dla dodatkowej materii, stając się coraz bardziej gęsty.”
Gęstość takiej gwiazdy jest ponad 50 razy większa niż gęstość Słońca.
„Ten wynik pokazuje istnienie gwiazd, które wyglądają uderzająco jak planety, nawet z bliska”, podkreśla Frederic Pont z Obserwatorium Genewskiego (Szwajcaria). „Czy to nie dziwne, że nawet gdybyśmy otrzymywali obrazy z przyszłej sondy kosmicznej zbliżającej się do takiego obiektu z bliskiej odległości, nie byłoby łatwo rozpoznać, czy jest to gwiazda, czy planeta?”
Jak wszystkie gwiazdy, OGLE-TR-122b rzeczywiście wytwarza energię w swoim wnętrzu za pomocą reakcji jądrowych. Jednak ze względu na małą masę ta wewnętrzna produkcja energii jest bardzo niewielka, szczególnie w porównaniu z energią wytwarzaną przez podobną do Słońca gwiazdę towarzyszącą.
Nie mniej uderzający jest fakt, że egzoplanety krążące bardzo blisko swojej gwiazdy macierzystej, tak zwanych „gorących Jowisza”, mają promienie, które mogą być większe niż nowo znaleziona gwiazda. Na przykład promień egzoplanety HD209458b jest o około 30% większy niż promień Jowisza. Jest więc znacznie większy niż OGLE-TR-122b!
Maskarady
Odkrycie to ma również głębokie implikacje dla ciągłych poszukiwań egzoplanet. Obserwacje te wyraźnie pokazują, że niektóre obiekty gwiezdne mogą wytwarzać dokładnie takie same sygnały fotometryczne (zmiany jasności), jak tranzyty planet podobnych do Jowisza [6]. Co więcej, obecne badania wykazały, że takie gwiazdy nie są rzadkie.
Gwiazdy takie jak OGLE-TR-122b są więc maskaradami wśród gigantycznych egzoplanet, dlatego konieczna jest szczególna ostrożność, aby odróżnić je od ich planetarnych kuzynów. Odkrywanie takich małych gwiazd można wykonać tylko za pomocą pomiarów spektralnych o wysokiej rozdzielczości za pomocą największych teleskopów. Bardzo duży teleskop czeka jeszcze wiele pracy!
Więcej informacji
Informacje zawarte w tym komunikacie prasowym są oparte na artykule badawczym, który wkrótce zostanie opublikowany jako list do redakcji w wiodącym czasopiśmie badawczym „Astronomy & Astrophysics” („Gwiazda tranzytowa wielkości planety wokół OGLE-TR-122” autorstwa F. Pont i wsp.). Artykuł jest dostępny w formacie PDF na stronie internetowej A&A.
Notatki
[1]: Brązowe karły lub „upadłe gwiazdy” to obiekty, które są do 75 razy masywniejsze niż Jowisz. Są zbyt małe, aby w ich wnętrzu zapalić się mogły główne procesy syntezy jądrowej.
[2]: Promień planety wielkości Jowisza jest około 10 razy mniejszy niż promień gwiazdy typu słonecznego, tj. Pokrywa on około 1/100 powierzchni tej gwiazdy, a zatem blokuje około 1% światła gwiazd podczas tranzytu.
[3]: Zespół składa się z: Frédrica Ponta, Michela Mayora, Didiera Queloza i Saint Phane'a Udry'ego z Obserwatorium Genewskiego w Szwajcarii, Claudio Melo z ESO-Chile, François Bouchy z Observatoire Astronomique Marseille Provence we Francji oraz Nuno Santos z Obserwatorium Astronomicznego w Lizbonie, Portugalia.
[4]: Odpowiada to pomiarowi prędkości 180 km / h. Dla porównania ruch Słońca indukowany przez Jowisza wynosi około 13 m / s lub 47 km / h. Ruch ten jest proporcjonalny do masy planety i odwrotnie proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego jego odległości od gwiazdy.
[5]: Dla normalnej gwiazdy, takiej jak Słońce, której materia zachowuje się jak doskonały gaz, rozmiar gwiazdy jest proporcjonalny do masy. Jednak w przypadku gwiazd o małej masie efekty kwantowe stają się ważne, a materia gwiezdna staje się „zdegenerowana”, opierając się kompresji znacznie bardziej niż doskonały gaz. W przypadku obiektów o masie poniżej 75 razy większej niż masa Jowisza, tj. Brązowych karłów, materia jest całkowicie zdegenerowana, a ich rozmiar nie zależy od masy.
[6]: Zauważ, że odległy obiekt tranzytowy - gwiazda lub planeta - zawsze będzie wytwarzał „spadek” jasności, niezależnie od tego, jak jasny jest on sam. Przed i po przejściu zarejestrowana jasność jest równa sumie jasności gwiazdy centralnej i jasności obiektu na orbicie. Podczas tranzytu zarejestrowana jasność to ta suma minus światło emitowane przez tę część gwiazdy centralnej, która jest zaciemniona.
Oryginalne źródło: ESO News Release
