Bildekreditt: ESO
Ved hjelp av ESOs Very Large Telescope at Paranal og en serie bakke- og rombaserte teleskoper i en fire år lang studie, har et internasjonalt team av astronomer målt for første gang massen til en ultra-kul stjerne og dens følgesvenn brune dverg . De to stjernene danner et binært system og går i bane rundt hverandre på omtrent 10 år.
Teamet oppnådde høyoppløselig nærinfrarøde bilder; på bakken beseiret de uskarpe effekten av den jordiske atmosfæren ved hjelp av adaptive optikk-teknikker. Ved nøyaktig å bestemme bane projisert på himmelen, var astronomene i stand til å måle stjernenes totale masse. Ytterligere data og sammenligning med stjernemodeller gir deretter massen til hver av komponentene.
Den tyngre av de to stjernene har en masse rundt 8,5% av massen til Solen, og den brune dvergkompisen er enda lysere, bare 6% av solmassen. Begge gjenstandene er relativt unge med en alder på rundt 500-1000 millioner år.
Disse observasjonene representerer et avgjørende skritt mot fortsatt manglende kalibrering av stjernemessige evolusjonsmodeller for stjerner med svært lav masse.
Telefonnummer stjerne
Selv om astronomer har funnet flere hundre stjerner med veldig lav masse og brune dverger, er de grunnleggende egenskapene til disse ekstreme gjenstandene, som masser og overflatetemperaturer, fremdeles ikke godt kjent. I den kosmiske dyrehagen representerer disse ultra-kule stjernene en klasse "mellomliggende" gjenstander mellom gigantiske planeter - som Jupiter - og "normale" stjerner mindre massive enn vår sol, og å forstå dem godt er derfor avgjørende for feltet med stellar astrofysikk. .
Problemet med disse ultrakule stjernene er at i motsetning til normale stjerner som forbrenner hydrogen i sin sentrale kjerne, eksisterer det ingen unike forhold mellom stjernens lysstyrke og dens masse. Lysstyrken og overflatetemperaturene til ultrakule dvergstjerner avhenger faktisk både av deres alder og deres masse. En eldre, noe mer massiv ultralyd dverg kan dermed ha nøyaktig samme temperatur som en yngre, mindre massiv.
Det er derfor et grunnleggende mål for moderne astrofysikk å uavhengig oppnå massene til en ultralyd dvergstjerne. Dette er i prinsippet mulig ved å studere slike objekter som er medlemmer i et binært system.
Dette er nettopp hva et internasjonalt team av astronomer nå har gjort i en fire år lang studie av et binært stjernesystem med en ultra-kul dvergstjerne, ved bruk av en mengde topp teleskopanlegg, inkludert ESOs Very Large Telescope, samt Keck Jeg og Gemini North på Hawaii og også Hubble-romteleskopet. Dette systemet - med telefonnummeret til 2MASSW J0746425 + 2000321 - ligger i en avstand på 40 lysår.
Astronomene brukte bilder med høy vinkeloppløsning for å se begge stjernene i det binære systemet og for å måle bevegelsen deres over en fireårsperiode. Dette er imidlertid lettere sagt enn gjort, ettersom skillet på himmelen mellom de to stjernene er ganske lite: mellom 0,13 og 0,22 bue. Dette tilsvarer størrelsen på en mynt på 1 euro, sett i en avstand på omtrent 25 km.
Denne separasjonen er så liten at det normalt ikke er mulig å differensiere de to stjernene på grunn av den uskarpe effekten av atmosfærisk turbulens ("seende"). Det er derfor nødvendig å bruke teknikken for adaptiv optikk. Denne fantastiske metoden er basert på målingen av bildekvaliteten i sanntid og sender korrigerende signaler opptil 100 ganger hvert sekund til et lite deformerbart speil, som ligger foran detektoren. Når speilet kontinuerlig endrer sin form, blir den forstyrrende effekten av turbulensen nøytralisert. Brukt på VLT har denne teknikken resultert i bilder som er minst ti ganger skarpere enn "å se" og som derfor viser mange flere detaljer i de observerte objektene.
På Very Large Telescope brukte astronomene det moderne adaptive optiske NACO-instrumentet. Sier Herv? Bouy, hovedforfatter av papiret som presenterer resultatene som er beskrevet her: “NACO tilbyr muligheten til å jobbe i det infrarøde, og er derfor ideell for studier av ultra-kule stjerner, som avgir det meste av lyset deres i dette bølgelengdeområdet. Med kombinasjonen av den høye effektiviteten til NACO og VLT, og de utmerkede atmosfæriske forhold som hersket i Paranal, kunne vi oppnå veldig skarpe bilder av dette binære stjernesystemet, nesten like bra som om teleskopet var plassert i verdensrommet. ”
Ultrakule og på diett
I løpet av deres fire år lange studie ble syv forskjellige relative posisjoner til de to komponentene i det binære systemet målt og Herv? Bouy og hans medarbeidere var i stand til å bestemme med god presisjon de stjerners banene. De opplever at de to stjernene kretser rundt hverandre en gang hvert tiende år, og at deres fysiske separasjon bare er 2,5 ganger jordens avstand til sola - som astronomene sier, 2.5 astronomiske enheter. Ved å bruke Keplers lover er det da enkelt å utlede systemets totale masse. Den oppnådde verdien er mindre enn 15% av solens masse.
Astronomene brukte deretter de fotometriske dataene for hver stjerne oppnådd i flere bølgebånd, så vel som spektre oppnådd med Hubble romteleskop for å studere de to objektene mer detaljert. Ved å bruke de siste stjernemodellene fra gruppen til Ecole Normale Sup? Rieure de Lyon, fant de ut at begge stjernene har omtrent samme overflatetemperatur, rundt 1500C (1800 K). For en stjerne er dette veldig kult - til sammenligning er overflatetemperaturen til sola mer enn tre ganger høyere.
Ved å bruke teoretiske modeller fant teamet også ut at de to stjernene er ganske unge (i astrofysiske termer) - deres alder er mellom 500 og 1000 millioner år. Den mer massive av de to har en masse mellom 7,5 og 9,5% solenes masse, mens kameraten har en masse mellom 5 og 7% av solmassen.
Gjenstander som veier under 7% av solen vår, har blitt kalt "brune dverger", "mislykkede stjerner" eller "superplaneter". Siden de ikke har noen vedvarende energiproduksjon av termiske kjernefysiske reaksjoner i interiøret, er mange av deres egenskaper mer lik de av gigantiske gassplaneter i vårt eget solsystem som Jupiter, enn til stjerner som solen.
Systemet 2MASSW J0746425 + 2000321 er således tilsynelatende sammensatt av en brun dverg som går i bane rundt en litt mer massiv ultrakule dvergstjerne. Det er en ekte “Rosetta stein” i det nye feltet med lavmasse stellar astrofysikk, og videre studier vil sikkert gi mer verdifull informasjon om disse gjenstandene i overgangssonen mellom stjerner og planeter.
Originalkilde: ESO News Release
