Bildkredit: Tvillingarna
Tack vare det adaptiva optiksystemet från Gemini-observatoriet har astronomer kunnat upptäcka en brun dvärg som kretsar runt en stjärna bara tre gånger jordens avstånd till solen. Detta nyupptäckta par, LHS 2397a, ligger bara 46 ljusår från Jorden och är den närmaste separationen av en binär stjärna som någonsin har upptäckts. Det Hawaii-baserade Gemini-teleskopet är så kraftfullt eftersom det använder en flexibel spegel som motverkar suddighet orsakad av jordens atmosfär.
Astronomer som använder adaptiv optikteknik på Gemini North Telescope har observerat en brun dvärg som kretsar runt en lågmassastjärna på ett avstånd som är jämförbart med bara tre gånger avståndet mellan jorden och solen. Detta är det närmaste separationsavståndet som någonsin hittats för denna typ av binärsystem med direkt avbildning.
Det rekordbrytande fyndet är bara ett av ett dussin lätta binära system som observerats i studien. Tillsammans ger de ett nytt perspektiv på bildandet av stjärnsystem och hur mindre kroppar i universum (inklusive stora planeter) kan bildas.
"Genom att använda Gemini's avancerade avbildningsmöjligheter kunde vi tydligt lösa detta binära par där avståndet mellan den bruna dvärgen och dess förälderstjärna bara är cirka två gånger avståndet från Mars från solen," säger teammedlem Melanie Freed, en doktorand vid University of Arizona i Tucson. Med en uppskattad massa på 38-70 gånger massan av Jupiter, ligger den nyligen identifierade bruna dvärgen bara tre gånger Sun-Earth-avståndet (eller 3.0 astronomiska enheter) från sin moderstjärna. Stjärnan, känd som LHS 2397a, ligger bara 46 ljusår från jorden. Rörelsen för detta objekt på himlen indikerar att det är en gammal, mycket lågmassad stjärna.
Den tidigare bildrapporten för det närmaste avståndet mellan en brun dvärg och dess förälder (en mycket ljusare, solliknande stjärna) var nästan fem gånger större vid 14 AU. En astronomisk enhet (AU) är lika med medelavståndet mellan jorden och solen eller cirka 150 miljoner kilometer.
Ofta framställs som "misslyckade stjärnor", bruna dvärgar är större än jätteplaneter som Jupiter, men deras individuella massor är mindre än 8% av solens massa (75 Jupitermassor), så de är inte tillräckligt massiva för att lysa som en stjärna. Bruna dvärgar ses bäst i det infraröda eftersom ytvärmen frigörs när de långsamt dras samman. Upptäckten av bruna dvärgkamrater inom 3 AU av en annan stjärna är ett viktigt steg mot avbildning av massiva planeter runt andra stjärnor.
Detta team av University of Arizona under ledning av Dr. Laird Close använde Gemini North Telescope för att upptäcka elva andra kompisar med låg massa, vilket tyder på att dessa binära par med låg massa kan vara ganska vanliga. Upptäckten av så många par med låg massa var en överraskning, med tanke på argumentet att de flesta mycket lågmassiga stjärnor och bruna dvärgar ansågs vara soloobjekt som vandrade genom utrymme ensam efter att de hade kastats ut från sina stjärna plantskolor under stjärnbildningsprocessen.
"Vi har slutfört den första adaptiva baserade enkätundersökningen av stjärnor med ungefär 1/10 av solens massa, och vi fann att naturen inte diskriminerar stjärnor med låg massa när det gäller att göra snäva binära par," sa Close, en assistent professor i astronomi vid University of Arizona. Dr. Close är huvudförfattaren på ett papper som presenterades idag vid Brown Dwarfs International Astronomical Union Symposium i Kona, Hawaii, och han är den huvudsakliga utredaren av lågmassastjärnundersökningen.
Teamet tittade på 64 lågmassastjärnor (ursprungligen identifierade av John Gizis från University of Delaware) som tycktes vara solstjärnor i bilder med lägre upplösning från 2MASS infraröd undersökning. När teamet använde adaptiv optik på Gemini för att göra bilder som var tio gånger skarpare, visade sig tolv av dessa stjärnor ha nära följeslagare. Överraskande konstaterade Nots team att avståndet mellan lågmassastjärnorna och deras följeslagare var betydligt mindre än väntat.
"Vi tycker att följeslagare till lågmassastjärnor vanligtvis bara är 4 AU från deras primära stjärnor, detta är förvånansvärt nära varandra," säger teammedlem Nick Siegler, en forskarstuderande vid University of Arizona. "Mer massiva binärer har typiska separationer närmare 30 AU, och många binärer är mycket bredare än detta." De nya Gemini-observationerna, sade Close, "innebär starkt att lågmassastjärnor inte har följeslagare som är långt ifrån deras primärer." Liknande resultat hittades tidigare av ett team som leddes av Dr. Eduardo L. Martin från University of Hawaii Institute for Astronomy i en undersökning av 34 mycket lågmassiga stjärnor och bruna dvärgar i Pleiades-klustret som genomfördes med Hubble Space Telescope. Dessa två undersökningar visar tillsammans tydligt att det finns en spännande brist på bruna dvärgar vid separationer större än 20 AU från mycket lågmassiga stjärnor och andra bruna dvärgar.
Teamet projicerar att en av fem stjärnor med låg massa har en följeslagare med en åtskillnad i intervallet (3-200 AU). Inom detta separationsintervall har astronomer observerat en liknande frekvens av mer massiva stjärnkamrater runt större solliknande stjärnor.
Sammantaget antyder dessa nya resultat att (i motsats till teorin) lågmassabinarier kan bildas i en process som liknar den hos mer massiva binärer. Detta konstaterande ökar faktiskt växande bevis från andra grupper om att andelen binära system är liknande för kroppar som sträcker sig från en solmassa till så lite som 0,05 solmassor (eller 52 gånger Jupiters massa). Till exempel har en grupp under ledning av Neill Reid från Space Telescope Science Institute och University of Pennsylvania kommit till en liknande slutsats med ett mindre prov av 20 ännu mindre massor stjärnor och bruna dvärgar observerade med Hubble Space Telescope.
Det faktum att lågmassiga stjärnor har någon lågmassad brun dvärgkamrat i 5 AU är också förvånande eftersom exakt motsatsen är sant kring solliknande stjärnor. Mycket få solliknande stjärnor har bruna dvärgkamrater inom detta avstånd, enligt radialhastighetsstudier. ”Denna brist på bruna dvärgkamrater inom 5 AU av solliknande stjärnor har kallats den” bruna dvärgsöknen ”, noterade Close. "Vi ser dock att det förmodligen inte finns någon brun dvärgöken runt stjärnor med låg massa."
Dessa resultat utgör viktiga begränsningar för teoretiker som arbetar för att förstå hur massan av en stjärna påverkar massan och separationsavståndet för de följeslagare som bildas med den. "Varje exakt modell av stjärn- och planetbildning måste återge dessa observationer," sade Close.
Dessa observationer var möjliga endast på grund av kombinationen av University of Hawaiis unikt känsliga Hokupa´s anpassningsoptiska bildbehandlingssystem och den tekniska prestanda för Gemini-teleskop. Hokupa’a-systemkänsligheten beror på kurvaturvågavkänningskonceptet utvecklat av Dr. Francois Roddier. Anpassningsoptik är en allt viktigare teknik som eliminerar de flesta "suddigheter" som orsakas av turbulensen i jordens atmosfär (dvs stjärnorna blinkar). Det gör detta genom att snabbt justera formen på en speciell, mindre flexibel spegel för att matcha lokal turbulens, baserad på realtidsåterkoppling till spegelns stödsystem från observationer av lågmassastjärnan. Hokupa’a kan räkna enskilda fotoner (ljuspartiklar) och så kan skärpa noggrant även mycket svaga (dvs. lågmassa) stjärnor.
De nära-infraröda adaptiva optikbilderna som gjordes av det 8-meters Gemini-teleskopet i denna undersökning var dubbelt så skarpa som de som kan göras på samma våglängder med det järnomkringande, 2,4-meters Hubble rymdteleskopet. Den enda markbaserade undersökningen i sitt slag, detta arbete krävde fem nätter under ett år med Hokupa’a-systemet i Gemini North.
Det är viktigt att notera att de avstånd som används här är uppmätta på himlen. De verkliga orbitalavskiljningarna kan vara något större när hela bana-banan är känd i framtiden.
Andra medlemmar av vetenskapsteamet inkluderar James Liebert (Steward Observatory, University of Arizona), Wolfgang Brandner (European Southern Observatory, Garching, Tyskland) och Eduardo Martin och Dan Potter (Institute for Astronomy, University of Hawaii).
Observationerna som rapporteras här är en del av en pågående undersökning. De första resultaten från de första 20 lågmassastjärnorna i vår undersökning har publicerats i 1 mars 2002-numret av The Astrophysical Journal Letters vol 567 Pages L53-L57.
Bilder och illustrationer relaterade till detta nyhetsmeddelande finns tillgängliga på Internet på: http://www.gemini.edu/media/images_2002-7.html.
Laird Close kan kontaktas på 520 / 626-5992, [e-postskyddad], efter att han återvänder till sitt kontor den 28 maj.
Denna undersökning stöds delvis av det amerikanska flygvapenskontoret för vetenskaplig forskning och University of Arizona Steward Observatory. Hokupa’a stöds av University of Hawaii Adaptive Optics Group och National Science Foundation.
Gemini Observatory är ett internationellt samarbete som har byggt två identiska 8-meter teleskop. Teleskop är belägna vid Mauna Kea, Hawaii (Gemini North) och Cerro Pachin i centrala Chile (Gemini South), och ger därmed full täckning av båda himmelkropparna. Båda teleskopen innehåller ny teknik som gör att stora, relativt tunna speglar under aktiv kontroll kan samla in och fokusera både optisk och infraröd strålning från rymden.
Gemini Observatory ger de astronomiska samhällena i varje partnerland modernaste astronomiska anläggningar som fördelar observationstiden i proportion till varje lands bidrag. Förutom ekonomiskt stöd bidrar varje land också med betydande vetenskapliga och tekniska resurser. De nationella forskningsbyråerna som bildar Gemini-partnerskapet inkluderar: US National Science Foundation (NSF), UK Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), Canadian National Research Council (NRC), den chilenska Comisi? N Nacional de Investigaci? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), Australian Research Council (ARC), den argentinska Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) och den brasilianska Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico (CNPq) ). Observatoriet förvaltas av Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) under ett samarbetsavtal med NSF. NSF fungerar också som verkställande organ för det internationella partnerskapet.
Mer information finns på Gemini-webbplatsen: http://www.us-gemini.noao.edu/media/.
Ursprungskälla: Gemini News Release
