Dzięki nowej, potężnej kamerze o wysokim kontraście zainstalowanej w Very Large Telescope uzyskano zdjęcia towarzysza o niskiej masie bardzo blisko gwiazdy. Dzięki temu astronomowie po raz pierwszy mogą bezpośrednio zmierzyć masę młodego obiektu o bardzo niskiej masie.
Obiekt, ponad 100 razy słabszy niż gwiazda macierzysta, jest nadal 93 razy masywniejszy niż Jowisz. I wydaje się, że jest prawie dwa razy cięższy, niż przewiduje teoria.
Odkrycie to sugeruje zatem, że z powodu błędów w modelach astronomowie mogli przecenić liczbę młodych „brązowych karłów” i „swobodnie unoszących się” planet pozasłonecznych.
Zwycięska kombinacja
Gwiazdę można scharakteryzować wieloma parametrami. Ale jedno ma ogromne znaczenie: jego masa. To masa gwiazdy decyduje o jej losie. Nic więc dziwnego, że astronomowie chcą uzyskać dokładną miarę tego parametru.
Nie jest to jednak łatwe zadanie, szczególnie dla najmniej masywnych, tych na granicy między gwiazdami a brązowymi obiektami karłowatymi. Brązowe karły lub „upadłe gwiazdy” to obiekty, które są do 75 razy masywniejsze niż Jowisz, zbyt małe, aby mogły zajść w ich wnętrzu procesy syntezy jądrowej.
Aby określić masę gwiazdy, astronomowie zazwyczaj patrzą na ruch gwiazd w układzie podwójnym. Następnie zastosuj tę samą metodę, która pozwala określić masę Ziemi, znając odległość Księżyca i czas potrzebny satelicie na pokonanie jednej pełnej orbity (tak zwane „trzecie prawo Keplera”). W ten sam sposób zmierzyli również masę Słońca, znając odległość Ziemia-Słońce i czas - rok - na naszą planetę, aby odbyć podróż wokół Słońca.
Problem z obiektami o niskiej masie polega na tym, że są one bardzo słabe i często będą ukryte w blasku jaśniejszej gwiazdy, którą okrążają, również podczas oglądania w dużych teleskopach.
Astronomowie znaleźli jednak sposoby na pokonanie tej trudności. W tym celu polegają na połączeniu dobrze przemyślanej strategii obserwacyjnej z najnowocześniejszymi instrumentami.
Aparat o wysokim kontraście
Po pierwsze, astronomowie szukający obiektów o bardzo niskiej masie patrzą na młode pobliskie gwiazdy, ponieważ obiekty towarzyszące o niskiej masie będą najjaśniejsze, gdy będą młode, zanim się skurczą i ostygną.
W tym konkretnym przypadku międzynarodowy zespół astronomów [1] kierowany przez Lairda Closea (Steward Observatory, University of Arizona) badał gwiazdę AB Doradus A (AB Dor A). Ta gwiazda znajduje się w odległości około 48 lat świetlnych i ma „zaledwie” 50 milionów lat. Ponieważ pozycja na niebie AB Dor A „kołysze się”, z powodu przyciągania grawitacyjnego obiektu podobnego do gwiazdy, od wczesnych lat 90. wierzono, że AB Dor A musi mieć towarzysza o niskiej masie.
Aby sfotografować tego towarzysza i uzyskać kompletny zestaw danych na jego temat, Close i jego koledzy wykorzystali nowatorski instrument w Very Large Telescope Europejskiego Obserwatorium Południowego. Ten nowy adaptacyjny aparat optyczny o wysokim kontraście, symultaniczny skaner różnicowy NACO lub NACO SDI [2], został specjalnie opracowany przez Lairda Closea i Rainera Lenzena (Max-Planck-Institute for Astronomy w Heidelbergu, Niemcy) do polowania na planety pozasłoneczne. Kamera SDI zwiększa zdolność VLT i jego adaptacyjnego układu optycznego do wykrywania słabych towarzyszy, które normalnie zostałyby utracone w świetle gwiazdy głównej.
Światowa premiera
Zwracając ten aparat w stronę AB Dor A w lutym 2004 roku, byli w stanie po raz pierwszy wyobrazić sobie towarzysza tak słabego - 120 razy słabszego niż jego gwiazda - i tak blisko jego gwiazdy.
Markus Hartung (ESO), członek zespołu, powiedział: „Ta światowa premiera była możliwa tylko dzięki wyjątkowym możliwościom instrumentu NACO SDI w VLT. W rzeczywistości Kosmiczny Teleskop Hubble'a próbował, ale nie wykrył towarzysza, ponieważ był zbyt słaby i znajdował się zbyt blisko blasku gwiazdy głównej. ”
Niewielka odległość między gwiazdą a słabym towarzyszem (0,156 sekundy kątowej) jest taka sama jak szerokość monety o nominale jednego euro (2,3 cm), gdy jest ona widoczna w odległości 20 km. Towarzysz, zwany AB Dor C, był widziany w odległości 2,3-krotności średniej odległości między Ziemią a Słońcem. Kończy cykl wokół swojej gwiazdy macierzystej za 11,75 lat na dość ekscentrycznej orbicie.
Korzystając z dokładnej lokalizacji towarzysza, wraz ze znanym „chwiejeniem” gwiazdy, astronomowie mogli następnie dokładnie określić masę towarzysza. Obiekt, ponad 100 razy słabszy niż jego najbliższa gwiazda pierwotna, ma jedną dziesiątą masy gwiazdy macierzystej, tj. Ma 93 razy większą masę niż Jowisz. Jest więc nieco powyżej granicy brązowego karła.
Korzystając z NACO na VLT, astronomowie obserwowali AB Dor C na falach bliskiej podczerwieni, aby zmierzyć jego temperaturę i jasność.
„Zaskoczyło nas stwierdzenie, że towarzysz był o 400 stopni (Celsjusza) chłodniejszy i 2,5 razy słabszy niż przewidują najnowsze modele dla obiektu o tej masie” - powiedział Close.
„Teoria przewiduje, że ten chłodny obiekt o niskiej masie miałby około 50 mas Jowisza. Ale teoria jest nieprawidłowa: ten obiekt ma rzeczywiście od 88 do 98 mas Jowisza. ”
Te nowe odkrycia podważają więc obecne poglądy na temat populacji brązowego karła i możliwego istnienia szeroko rozpowszechnionych „swobodnie pływających” planet pozasłonecznych.
Rzeczywiście, jeśli młode obiekty dotychczas identyfikowane jako brązowe karły są dwa razy masywniejsze niż sądzono, wiele z nich musi być raczej gwiazdami o niskiej masie. A obiekty zidentyfikowane ostatnio jako „swobodnie unoszące się” planety z kolei prawdopodobnie będą brązowymi karłami o małej masie.
Dla Close i jego współpracowników „to odkrycie zmusi astronomów do przemyślenia, jakie naprawdę są masy najmniejszych obiektów wytwarzanych w naturze”.
Więcej informacji
Przedstawiona tutaj praca pojawia się jako List w wydaniu Nature z 20 stycznia („Dynamiczna kalibracja stosunku masy do jasności przy bardzo niskich masach gwiazdowych i młodym wieku” L. Close i in.).
Notatki
[1]: Zespół tworzą Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek i Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen i Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Niemcy), Jose C. Guirado (Uniwersytet w Walencji, Hiszpania) oraz Markus Hartung i Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: Kamera NACO SDI jest unikalnym rodzajem kamery wykorzystującej optykę adaptacyjną, która usuwa efekt rozmycia atmosfery ziemskiej, aby uzyskać wyjątkowo ostre obrazy. SDI dzieli światło z pojedynczej gwiazdy na cztery identyczne obrazy, a następnie przepuszcza otrzymane wiązki przez cztery nieznacznie różne (wrażliwe na metan) filtry. Kiedy przefiltrowane wiązki światła trafiają w matrycę detektora kamery, astronomowie mogą odjąć obrazy, aby jasna gwiazda zniknęła, odsłaniając słabszy, chłodniejszy obiekt, inaczej ukryty w halo rozproszonego światła gwiazdy („blask”). Unikalne zdjęcia satelity Saturna Titan uzyskane wcześniej z NACO SDI zostały opublikowane w ESO PR 09/04.
Oryginalne źródło: ESO News Release
