Bildkredit: ESO
Med hjälp av ESO: s Very Large Telescope vid Paranal och en svit med mark- och rymdbaserade teleskop i en fyraårig studie har ett internationellt team av astronomer för första gången uppmätt massan av en ultrasky stjärna och dess följeslagare brun dvärg . De två stjärnorna bildar ett binärt system och kretsar runt varandra på cirka tio år.
Teamet fick högupplösta bilder nära infraröd; på marken besegrade de suddiga effekterna av den markbundna atmosfären med hjälp av adaptiv optikteknik. Genom att exakt bestämma banan som projiceras på himlen kunde astronomerna mäta stjärnornas totala massa. Ytterligare data och jämförelse med stjärnmodeller ger sedan massan för var och en av komponenterna.
De tyngre av de två stjärnorna har en massa runt 8,5% av solens massa och dess bruna dvärgkompis är ännu lättare, endast 6% av solmassan. Båda föremålen är relativt unga med en ålder av cirka 500-1000 miljoner år.
Dessa observationer representerar ett avgörande steg mot den fortfarande saknade kalibreringen av stjärnutvecklingsmodeller för stjärnor med mycket låg massa.
Telefonnummer stjärna
Även om astronomer har funnit flera hundratals stjärnor med mycket låg massa och bruna dvärgar, är de grundläggande egenskaperna för dessa extrema föremål, såsom massor och yttemperaturer, fortfarande inte kända. Inom den kosmiska djurparken representerar dessa ultraljuda stjärnor en klass av "mellanliggande" objekt mellan jätteplaneter - som Jupiter - och "normala" stjärnor mindre massiva än vår sol, och att förstå dem väl är därför avgörande för området för stellar astrofysiker .
Problemet med dessa ultra-coola stjärnor är att i motsats till normala stjärnor som bränner väte i deras centrala kärna, finns det inget unikt samband mellan stjärnans ljusstyrka och dess massa. I själva verket beror ljusstyrkor och yttemperaturer för ultralika dvärgstjärnor både på deras ålder och deras massa. En äldre, något mer massiv ultraljud dvärg kan således ha exakt samma temperatur som en yngre, mindre massiv.
Det är därför ett grundläggande mål för modern astrofysik att oberoende erhålla massorna av en ultra-cool dvärgstjärna. Detta är i princip möjligt genom att studera sådana objekt som är medlemmar i ett binärt system.
Detta är exakt vad ett internationellt team av astronomer nu har gjort i en fyra år lång studie av ett binärt stjärnsystem med en ultrasky dvärgstjärna, som använder en mängd topp teleskopanläggningar, inklusive ESO: s Very Large Telescope, samt Keck Jag och Gemini North på Hawaii och även Hubble Space Telescope. Detta system - med telefonnummer till 2MASSW J0746425 + 2000321 - ligger på ett avstånd av 40 ljusår.
Astronomerna använde högvinkelupplösning för att se båda stjärnorna i det binära systemet och för att mäta deras rörelse under en fyraårsperiod. Detta sägs emellertid lättare än gjort, eftersom separationen på himlen mellan de två stjärnorna är ganska liten: mellan 0,13 och 0,22 bågar. Detta motsvarar storleken på ett 1-euromynt, sett på ett avstånd av cirka 25 km.
Denna avskiljning är så liten att det normalt inte är möjligt att skilja de två stjärnorna på grund av den suddiga effekten av atmosfärisk turbulens ("seende"). Det är därför nödvändigt att använda tekniken för adaptiv optik. Denna underbara metod är baserad på mätningen av bildkvaliteten i realtid och skickar motsvarande korrigerande signaler upp till 100 gånger varje sekund till en liten deformerbar spegel, som ligger framför detektorn. När spegeln kontinuerligt modifierar sin form neutraliseras turbulensens störande effekt. Tillämpad vid VLT har denna teknik resulterat i bilder som är minst tio gånger skarpare än "se" och som därför visar många fler detaljer i de observerade objekten.
Vid Very Large Telescope använde astronomerna det senaste adaptiva optiska NACO-instrumentet. Säger Herv? Bouy, huvudförfattare till uppsatsen som presenterar de resultat som beskrivs här: ”NACO erbjuder möjligheten att arbeta i det infraröda och är därför idealiskt för studier av ultraljuda stjärnor, som avger mest av sitt ljus inom detta våglängdsområde. Med kombinationen av den höga effektiviteten hos NACO och VLT, och de utmärkta atmosfäriska förhållandena som rådde i Paranal, kunde vi uppnå mycket skarpa bilder av detta binära stjärnsystem, nästan lika bra som om teleskopet låg i rymden. ”
Ultra-cool och på diet
Under deras fyra år långa studie mättes sju olika relativa positioner för de två komponenterna i det binära systemet och Herv? Bouy och hans medarbetare kunde med god precision bestämma de stjärnbana. De upptäcker att de två stjärnorna kretsar kring varandra en gång vart tionde år och att deras fysiska separering bara är 2,5 gånger jordens avstånd till solen - som astronomer säger, 2.5 astronomiska enheter. Med hjälp av Keplers lagar är det därför enkelt att härleda systemets totala massa. Det erhållna värdet är mindre än 15% av solens massa.
Astronomerna använde sedan de fotometriska uppgifterna för varje stjärna som erhållits i flera vågband, liksom spektra erhållna med Hubble Space Telescope för att studera de två föremålen mer detaljerat. Med hjälp av de senaste stjärnmodellerna från gruppen Ecole Normale Sup? Rieure de Lyon fann de att båda stjärnorna har ungefär samma yttemperatur, cirka 1500 ° C (1800 K). För en stjärna är detta verkligen extremt coolt - till jämförelse är soltemperaturen mer än tre gånger högre.
Med hjälp av teoretiska modeller fann teamet också att de två stjärnorna är ganska unga (i astrofysiska termer) - deras ålder är mellan 500 och 1 000 miljoner år. Den mer massiva av de två har en massa mellan 7,5 och 9,5% solens massa, medan dess följeslagare har en massa mellan 5 och 7% av solmassan.
Objekt som väger mindre än cirka 7% av vår sol har på olika sätt kallats ”Brown Dwarfs”, “Failed Stars” eller “Super Planets”. Eftersom de inte har någon långvarig energiproduktion genom termiska kärnreaktioner i deras inre, är många av deras egenskaper mer lik de gigantiska gasplaneterna i vårt eget solsystem som Jupiter, än stjärnor som solen.
Systemet 2MASSW J0746425 + 2000321 består således uppenbarligen av en brun dvärg som kretsar kring en lite mer massiv ultraljud dvärgstjärna. Det är en riktig "Rosetta-sten" i det nya fältet med lågmassastellastrofysik och ytterligare studier kommer säkert att ge mer värdefull information om dessa objekt i övergångszonen mellan stjärnor och planeter.
Ursprungskälla: ESO News Release
