Artysta ilustracja brązowego karła para binarna. Kliknij, aby powiększyć.
Jednym z najtrudniejszych zadań astronomów jest ustalenie, jak ogromne są odległe obiekty. Kosmiczny Teleskop Hubble'a pomógł astronomom zmierzyć masę podwójnej pary brązowych karłów - nieudanych gwiazd - gdy krążą wokół siebie. Jeden karzeł ma 55 razy masę Jowisza, a drugi 35 razy więcej. Każdy musiałby być 80 razy większy od masy Jowisza, zanim miałby wystarczającą masę, aby wywołać reakcję fuzji.
Po raz pierwszy astronomom udało się zważyć podwójną parę brązowych karłów i dokładnie zmierzyć ich średnice. Tego rodzaju dokładne pomiary nie są możliwe podczas obserwacji pojedynczego brązowego karła.
Ponieważ ich orbity są nachylone do Ziemi, krasnoludy przechodzą naprzeciw siebie, tworząc zaćmienia. Jest to pierwszy plik binarny z zaćmieniem brązowego karła, jaki kiedykolwiek odkryto. Para ta oferuje niezwykłą okazję do dokładnego określenia mas i średnic karłów, zapewniając kluczowe testy modeli teoretycznych.
Brązowy karzeł jest mało rozumianą klasą pośrednią obiektu niebieskiego, która jest zbyt mała, aby wytrzymać reakcje syntezy wodoru, takie jak te, które zasilają nasze Słońce. Jednak brązowe karły są dziesiątki razy masywniejsze niż największa planeta Układu Słonecznego, Jowisz, a więc są zbyt duże, aby być planetą.
Odkrycie sparowanych brązowych karłów i krytyczne pomiary są dzisiaj raportowane w czasopiśmie naukowym Nature przez zespół astronomów: Jeff Valenti z Space Telescope Science Institute (STScI), Robert Mathieu z University of Wisconsin-Madison i Keivan Stassun Uniwersytetu Vanderbilt.
Jeden karzeł ma masę 55 razy większą niż Jowisz; drugi jest 35 razy cięższy niż Jowisz (z 10-procentowym marginesem błędu). Aby zakwalifikować się jako gwiazda i spalić wodór poprzez syntezę jądrową, krasnoludy musiałyby być 80 razy masywniejsze niż Jowisz. Dla porównania Słońce jest 1000 razy masywniejsze niż Jowisz.
Astronomowie są zaskoczeni odkryciem, że bardziej masywny brązowy karzeł jest chłodniejszy z pary, w przeciwieństwie do wszystkich prognoz dotyczących brązowych karłów w tym samym wieku. Obaj nie są w tym samym wieku i mogą być schwytanymi ciałami, lub modele teoretyczne są błędne, twierdzą naukowcy.
Para brązowych karłów krąży wokół siebie tak blisko, że patrząc z Ziemi wyglądają jak pojedynczy obiekt. Ponieważ ich orbita toru wyścigowego jest na krawędzi, oba obiekty okresowo przechodzą przed sobą lub zaćmienie. Te zaćmienia powodują regularne spadki jasności połączonego światła pochodzącego z obu obiektów. Dokładnie mierząc czas tych okultyzmów astronomowie byli w stanie określić orbity dwóch obiektów. Dzięki tym informacjom astronomowie wykorzystali prawa ruchu Newtona do obliczenia masy dwóch karłów.
Ponadto astronomowie obliczyli rozmiar dwóch karłów, mierząc czas zapadów na ich krzywej światła. Ponieważ są tak młode, krasnoludy są niezwykle duże ze względu na swoją masę: mniej więcej taką samą średnicę jak Słońce. Ponieważ para znajduje się w Mgławicy Orion, która jest pobliskim gwiezdnym żłobkiem z gwiazdami w wieku poniżej 10 milionów lat.
Analiza światła pochodzącego z pary krasnoludków wskazuje, że krasnoludy mają czerwonawy odcień. Obecne modele przewidują również, że brązowe karły powinny mieć „pogodę” - podobne do chmur pasma i plamy podobne do widocznych na Jowiszu i Saturnie.
Mierząc zmiany widma światła pochodzącego od pary, astronomowie określili również temperaturę powierzchniową karłów. Teoria przewiduje, że bardziej masywny członek pary brązowych karłów powinien mieć wyższą temperaturę powierzchni. Ale znaleźli coś wręcz przeciwnego. Cięższy z nich ma temperaturę 4310 stopni Fahrenheita (2650 stopni Kelvina), a mniejszy 4562 stopni F (2790 stopni K). Porównują się one do temperatury powierzchni Słońca wynoszącej 9 980 stopni F (5800 stopni K).
„Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że oba obiekty mają różne pochodzenie i wiek”, mówi Stassun. Jeśli tak jest, to popiera jeden z wyników ostatnich wysiłków na rzecz symulacji procesu formowania się gwiazd. Te symulacje przewidują, że brązowe karły powstają tak blisko siebie, że mogą się wzajemnie zakłócać.
Nowe obserwacje potwierdzają teoretyczną prognozę, że brązowe karły zaczynają jako obiekty wielkości gwiazdy, ale kurczą się i ochładzają, a wraz z wiekiem stają się coraz większe. Do tej pory jedyny brązowy karzeł, którego masę zmierzono bezpośrednio, był znacznie starszy i ciemniejszy.
Wielu astronomów uważa, że brązowe karły mogą być najczęstszym produktem procesu formowania się gwiazd. Tak więc informacje o brązowych karłach mogą dostarczyć cennych nowych informacji na temat dynamicznych procesów, które wytwarzają gwiazdy z zapadających się wirów międzygwiezdnego pyłu i gazu.
Ponieważ stare brązowe karły są mniejsze i ciemniejsze niż prawdziwe gwiazdy, dopiero w ostatnich latach udoskonalenia technologii teleskopów pozwoliły astronomom na skatalogowanie setek słabych obiektów, które według nich mogą być brązowymi karłami. Aby jednak wybrać brązowe karły z innych rodzajów słabych obiektów, potrzebują sposobu na oszacowanie ich mas, ponieważ masa jest przeznaczona dla gwiazd i obiektów podobnych do gwiazd.
Istnienie brązowych karłów po raz pierwszy zaproponowano w latach 80. XX wieku, ale dopiero w 2000 r. Jednoznacznie wykryto brązowego karła. Podczas gdy brązowe karły były obiektami hipotetycznymi, astronomowie odróżnili je od planet sposobem, w jaki się utworzyli. Brązowe karły i gwiazdy powstają w ten sam sposób, z zapadającej się chmury międzygwiezdnego pyłu i gazu. Planety zbudowane są z dysków pyłu i gazu otaczających gwiazdy formujące się. Gdy astronomowie odkryli pierwszego kandydata na brązowego karła, zdali sobie sprawę, że bardzo trudno odróżnić karły od planet, szczególnie gdy mają gwiezdnych towarzyszy. Tak więc rosnąca grupa astronomów woli definiować brązowe karły jako obiekty o masie od 13 do 80 razy większej niż Jowisz.
Naukowcy dokonali obserwacji za pomocą dwóch zestawów teleskopów znajdujących się w chilijskich Andach, około 100 mil na północ od Santiago: małego i średniego systemu badań nad aperturą (SMARTS), obsługiwanego przez konsorcjum, w tym Space Telescope Science Institute i Vanderbilt University, oraz Międzynarodowe Obserwatorium Bliźniąt, prowadzone przez National Science Foundation.
Oryginalne źródło: Hubble News Release
