Takket være det kraftige nye høykontrastkameraet som er installert på Very Large Telescope, er det blitt oppnådd bilder av en følgesvenn med lav masse som er veldig nær en stjerne. Dette har gjort det mulig for astronomer å måle massen til en ung objekt med svært lav masse for første gang.
Objektet, mer enn 100 ganger svakere enn vertsstjernen, er fremdeles 93 ganger så massivt som Jupiter. Og det ser ut til å være nesten dobbelt så tungt som teorien forutsier at det skal være.
Denne oppdagelsen antyder derfor at astronomer på grunn av feil i modellene kan ha overvurdert antall unge ”brune dverger” og ”fritt flytende” ekstrasolare planeter.
En vinnende kombinasjon
En stjerne kan være preget av mange parametere. Men en er av største betydning: dens masse. Det er massen til en stjerne som vil avgjøre skjebnen. Det er således ingen overraskelse at astronomer er opptatt av å få et nøyaktig mål på denne parameteren.
Dette er imidlertid ikke en lett oppgave, spesielt for de minst massive, dem som ligger ved grensen mellom stjerner og brune dverggjenstander. Brune dverger, eller "mislykkede stjerner", er gjenstander som er opptil 75 ganger mer massive enn Jupiter, for små til at store atomfusjonsprosesser har antent i dets indre.
For å bestemme massen til en stjerne, ser astronomer generelt på bevegelsen til stjerner i et binært system. Og bruk deretter den samme metoden som gjør det mulig å bestemme jordas masse, vite avstanden til månen og tiden det tar for satellitten å fullføre en full bane (den såkalte "Keplers tredje lov"). På samme måte har de også målt massen til solen ved å kjenne jord-sol-avstanden og tiden - ett år - det tar planeten vår å ta en tur rundt solen.
Problemet med objekter med lav masse er at de er veldig svake og ofte vil bli gjemt i gjenskinnet til den lysere stjernen de går i bane, også når de sees i store teleskoper.
Astronomer har imidlertid funnet måter å overvinne denne vanskeligheten. For dette er de avhengige av en kombinasjon av en veloverveid observasjonsstrategi med avanserte instrumenter.
Kamera med høy kontrast
For det første ser astronomer som søker etter objekter med svært lav masse, på unge stjerner i nærheten fordi ledsager med lite masse vil være lysest mens de er unge, før de trekker seg sammen og kjøler seg ned.
I dette spesielle tilfellet studerte et internasjonalt team av astronomer [1] ledet av Laird Close (Steward Observatory, University of Arizona) stjernen AB Doradus A (AB Dor A). Denne stjernen ligger omtrent 48 lysår unna, og er "bare" 50 millioner år gammel. Fordi posisjonen på himmelen til AB Dor A "vingler", på grunn av tyngdekraften fra en stjernelignende gjenstand, ble det trodd siden begynnelsen av 1990-tallet at AB Dor A må ha en følgesvenn med lav masse.
For å fotografere denne følgesvennen og skaffe et omfattende sett med data om den, brukte Close og hans kolleger et nytt instrument på European Southern Observatory's Very Large Telescope. Dette nye adaptive optikkameraet med høy kontrast, NACO Simultaneous Differential Imager, eller NACO SDI [2], ble spesielt utviklet av Laird Close og Rainer Lenzen (Max-Planck-Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland) for jakt på ekstrasolare planeter. SDI-kameraet forbedrer VLTs og det adaptive optiske systemets evne til å oppdage svake følgesvenner som normalt vil gå tapt i gjenskinnet fra den primære stjernen.
En verdenspremiere
Ved å snu dette kameraet mot AB Dor A i februar 2004, klarte de for første gang å forestille seg en følgesvenn som så svak - 120 ganger svakere enn stjernen - og så nær stjernen.
Markus Hartung (ESO), medlem av teamet, sier: "Denne verdenspremieren var bare mulig på grunn av de unike egenskapene til NACO SDI-instrumentet på VLT. Faktisk prøvde Hubble-romteleskopet, men klarte ikke å oppdage følgesvennen, da det var for svakt og for nær gjenskinnet fra den primære stjernen. ”
Den lille avstanden mellom stjernen og den svake følgesvennen (0,156 arcsec) er den samme som bredden på en en euromynt (2,3 cm) når man ser 20 km unna. Kameraten, kalt AB Dor C, ble sett i en avstand på 2,3 ganger den gjennomsnittlige avstanden mellom jorden og solen. Den fullfører en syklus rundt sin vertsstjerne på 11,75 år på en ganske eksentrisk bane.
Ved å bruke ledsagerens nøyaktige beliggenhet, sammen med stjernens kjente ‘vingling’, kunne astronomene deretter bestemme ledsagerens masse nøyaktig. Objektet, mer enn 100 ganger svakere enn den nære primærstjernen, har en tidel av massen til vertsstjernen, dvs. den er 93 ganger mer massiv enn Jupiter. Den er dermed litt over den brune dverggrensen.
Ved å bruke NACO på VLT, observerte astronomene videre AB Dor C på nær infrarøde bølgelengder for å måle temperatur og lysstyrke.
"Vi ble overrasket over å finne at følgesvennen var 400 grader kjøligere og 2,5 ganger svakere enn de nyeste modellene forutså for et objekt av denne massen," sa Close.
Teori spår at denne kule gjenstanden med lav masse vil være omtrent 50 Jupitermasser. Men teori er feil: dette objektet er faktisk mellom 88 til 98 Jupiter-masser. ”
Disse nye funnene utfordrer derfor nåværende ideer om den brune dvergbestanden og den mulige eksistensen av mye publiserte “frittflytende” ekstrasolare planeter.
Hvis unge gjenstander som hittil identifiseres som brune dverger, er dobbelt så massive som man trodde, må mange heller være stjerner med lav masse. Og gjenstander som nylig ble identifisert som “frittflytende” planeter, er i sin tur sannsynligvis å være brune dverger med lav masse.
For Close og hans kolleger, "denne oppdagelsen vil tvinge astronomer til å tenke nytt om hvilke masser av de minste gjenstandene som er produsert i naturen egentlig er."
Mer informasjon
Arbeidet som presenteres her fremstår som et brev i 20. januar-utgaven av Nature (“En dynamisk kalibrering av masseforstyrrelsesrelasjonen ved svært lave stjernemasser og unge aldre” av L. Close et al.).
Merknader
[1]: Teamet er sammensatt av Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek og Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen og Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Tyskland), Jose C. Guirado (Universitetet i Valencia, Spania), og Markus Hartung og Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: NACO SDI-kameraet er en unik type kamera som bruker adaptiv optikk, som fjerner uskarpe effekter av Jordens atmosfære for å produsere ekstremt skarpe bilder. SDI deler lys fra en enkelt stjerne i fire identiske bilder, og fører deretter de resulterende bjelkene gjennom fire litt forskjellige (metansensitive) filtre. Når de filtrerte lysstrålene treffer kameraets detektorarray, kan astronomer trekke fra seg bildene slik at den lyse stjernen forsvinner, og avslører et svakere, kjøligere objekt som ellers er gjemt i stjernens spredte lys-glorie ("blending"). Unike bilder av Saturns satellitt Titan oppnådd tidligere med NACO SDI ble publisert i ESO PR 09/04.
Originalkilde: ESO News Release
