Konstnärillustration av det bruna dvärgparet. Klicka för att förstora.
En av de svåraste uppgifterna för astronomer är att ta reda på hur massiva avlägsna föremål är. Rymdteleskopet Hubble har hjälpt astronomer att mäta massan på ett binärt par bruna dvärgar - misslyckade stjärnor - när de kretsar runt varandra. En dvärg är 55 gånger massan av Jupiter, och den andra är 35 gånger massan. Var och en måste vara 80 gånger Jupiters massa innan de hade tillräckligt med massa för att antända en fusionsreaktion.
För första gången har astronomer lyckats väga ett binärt par bruna dvärgar och mäta deras diametrar exakt. Sådana exakta mätningar är inte möjliga när man observerar en enda brun dvärg.
Eftersom deras banor är lutande mot jorden passerar dvärgarna framför varandra och skapar förmörkelser. Detta är den första bruna dvärgförmörkande binären som någonsin upptäckts. Paret erbjuder en ovanlig möjlighet att exakt bestämma dvärgarnas massor och diametrar, vilket ger avgörande tester av teoretiska modeller.
En brun dvärg är en lite förstått mellanklass av himmelsföremål som är för liten för att upprätthålla vätefusionsreaktioner, som de som driver vår sol. Bruna dvärgar är dock dussintals gånger massivare än solsystemets största planet, Jupiter, och är därför för stora för att vara en planet.
Upptäckten av de parade bruna dvärgarna och de kritiska mätningarna rapporteras idag i den vetenskapliga tidskriften Nature av ett team av astronomer: Jeff Valenti från Space Telescope Science Institute (STScI), Robert Mathieu vid University of Wisconsin-Madison och Keivan Stassun från Vanderbilt University.
En dvärg är 55 gånger Jupiters massa; den andra är 35 gånger starkare än Jupiter (med en 10-procentig felmarginal). För att kvalificera sig som en stjärna och bränna väte genom kärnfusion, måste dvärgarna vara 80 gånger massivare än Jupiter. Som jämförelse är solen 1 000 gånger massivare än Jupiter.
Astronomerna är förvånade över att upptäcka att den mer massiva bruna dvärgen är parets svalare, i motsats till alla förutsägelser om bruna dvärgar i samma ålder. Antingen är de två inte i samma ålder och kan fångas kroppar, eller så är de teoretiska modellerna fel, säger forskare.
Det bruna dvärgparet kretsar runt varandra så nära att de ser ut som ett enda objekt när de ses från jorden. Eftersom deras banbana är banbrytande passerar de två objekten regelbundet framför, eller förmörkelse, varandra. Dessa förmörkelser orsakar regelbundna dopp i ljusstyrkan hos det kombinerade ljuset som kommer från båda föremålen. Genom att exakt tima dessa ockultationer kunde astronomerna bestämma banorna mellan de två föremålen. Med denna information använde astronomerna Newtons rörelselag för att beräkna massan för de två dvärgarna.
Dessutom beräknade astronomerna storleken på de två dvärgarna genom att mäta varaktigheten på dopparna i deras ljuskurva. Eftersom de är så unga är dvärgarna anmärkningsvärt stora för sin massa: ungefär samma diameter som solen. Eftersom paret ligger i Orion Nebula, som är en närliggande stjärnkammare med stjärnor som är mindre än 10 miljoner år gamla.
En analys av ljuset som kommer från dvärgparet indikerar att dvärgarna har en rödaktig gjutning. Nuvarande modeller förutspår också att bruna dvärgar ska ha ”väder” - molnliknande band och fläckar som liknar dem som syns på Jupiter och Saturnus.
Genom att mäta variationer i ljusspektrumet från paret bestämde astronomerna också dvärgarnas yttemperaturer. Teorin förutspår att den mer massiva delen av ett par bruna dvärgar bör ha en högre yttemperatur. Men de hittade precis motsatsen. Den tyngre av de två har en temperatur på 4.310 grader Fahrenheit (2.650 grader Kelvin) och den mindre, 4.562 grader F (2.790 grader K). Dessa jämför med solens yttemperatur på 9 900 grader F (5 800 grader K).
"En möjlig förklaring är att de två föremålen har olika ursprung och åldrar," säger Stassun. Om så är fallet stöder det ett av resultaten från de senaste ansträngningarna för att simulera stjärnbildningsprocessen. Dessa simuleringar förutsäger att bruna dvärgar skapas så nära varandra att de troligen kommer att störa varandras bildning.
De nya observationerna bekräftar den teoretiska förutsägelsen att bruna dvärgar börjar som stjärnstora föremål, men krymper och svalnar och blir allt mer planetstora när de åldras. Innan nu var den enda bruna dvärgen vars massa direkt hade uppmättts mycket äldre och ljusare.
Många astronomer tror att bruna dvärgar faktiskt kan vara den vanligaste produkten i stjärnbildningsprocessen. Så information om bruna dvärgar kan ge värdefulla nya insikter i de dynamiska processerna som producerar stjärnor ur kollapsande bubbelpooler av interstellärt damm och gas.
Eftersom gamla bruna dvärgar är mindre och mörkare än sanna stjärnor, är det först under de senaste åren som förbättringar av teleskoptekniken har gjort det möjligt för astronomer att katalogisera hundratals svaga föremål som de tror kan vara bruna dvärgar. Men för att plocka ut de bruna dvärgarna från andra typer av svaga föremål behöver de ett sätt att uppskatta deras massor, eftersom massan är öde för stjärnor och stjärnliknande föremål.
Förekomsten av bruna dvärgar föreslogs först på 1980-talet, men det var först förrän 2000 som en brun dvärg upptäcktes entydigt. Medan bruna dvärgar var hypotetiska objekt skilde astronomer dem från planeterna på det sätt de bildade. Bruna dvärgar och stjärnor bildas på samma sätt från ett kollapsande moln av interstellärt damm och gas. Planeter är byggda från skivorna med damm och gas som omger bildande stjärnor. När astronomer upptäckte den första kandidatbruna dvärgen insåg de att dvärgarna är väldigt svåra att skilja från planeter, särskilt när de har stjärnkamrater. Så en växande grupp astronomer föredrar att definiera bruna dvärgar som föremål mellan 13 till 80 gånger massivare än Jupiter.
Forskarna gjorde observationerna med två uppsättningar teleskop belägna i de chilenska Anderna, cirka 100 mil norr om Santiago: Small and Moderate Aperture Research Telescope System (SMARTS), som drivs av ett konsortium inklusive Space Telescope Science Institute och Vanderbilt University, och International Gemini Observatory, som drivs av National Science Foundation.
Originalkälla: Hubble News Release
