Sedan upptäckten 1995 av den första planeten som kretsar runt en annan stjärna än solen, finns det nu mer än 150 kandidater av dessa så kallade exoplaneter kända. De flesta av dem upptäcks med indirekta metoder, antingen baserade på variationer i radiell hastighet eller dimmningen av stjärnan när planeten passerar framför den (se ESO PR 06/03, ESO PR 11/04 och ESO PR 22/04 ).
Astronomer skulle dock föredra att få en direkt bild av en exoplanet, så att de bättre kan karaktärisera objektets fysiska natur. Detta är en oerhört svår uppgift, eftersom planeten i allmänhet är gömd i ”värden” i sin värdstjärna.
För att delvis övervinna detta problem studerar astronomer mycket unga föremål. I själva verket är sub-stjärna föremål mycket varmare och ljusare när de är unga och kan därför lättare detekteras än äldre föremål med liknande massa.
Baserat på detta tillvägagångssätt kan det mycket väl vara att förra årets upptäckt av ett svagt ljusfläck bredvid den unga bruna dvärgen 2M1207 av ett internationellt team av astronomer som använder ESO Very Large Telescope (ESO PR 23/04) är det eftertraktade bona-fide bild av en exoplanet. En ny rapport baserad på data från Hubble Space Telescope verkar bekräfta detta resultat. De ännu nyare observationer som gjorts med rymteteleskopet Spitzer av de varma infraröda glödarna från två tidigare upptäckta ”heta Jupiter” -planeter är ett annat intressant resultat i detta sammanhang. Denna mängd nya resultat, som erhållits inom några månader, illustrerar perfekt dynamiken i detta forskningsområde.
Liten följeslagare
Nu har ett annat team av astronomer [1] möjligen gjort ytterligare ett viktigt genombrott på detta område genom att hitta en liten följeslagare till en ung stjärna. Sedan flera år har dessa forskare gjort en sökning efter planeter och föremål med låg massa, särskilt runt stjärnor som fortfarande är i sin bildningsprocess - så kallade T-Tauri-stjärnor - med hjälp av både direktavbildning och radiell hastighetsteknik. Ett av objekten på deras lista är GQ Lupi, en ung T-Tauri-stjärna, belägen i Lupus I (vargen) molnet, en region med stjärnbildning omkring 400 eller 500 ljusår bort. Stjärnan GQ Lupi är tydligen ett mycket ungt objekt som fortfarande är omgiven av en skiva, med en ålder mellan 100 000 och 2 miljoner år.
Astronomerna observerade GQ Lupi den 25 juni 2004 med det adaptiva optikinstrumentet NACO kopplat till Yepun, det fjärde 8,2 m enhetsteleskopet av det mycket stora teleskopet som ligger ovanpå Cerro Paranal (Chile). Instrumentets adaptiva optik (AO) övervinner den snedvridning som orsakas av atmosfärisk turbulens och ger extremt skarpa nästan infraröda bilder.
Som ESO PR Photo 10a / 05 visar avslöjar serien med NACO-exponeringar tydligt närvaron av den lilla följeslagaren, belägen i närheten av stjärnan. Detta nyligen hittade objekt är bara 0,7 arcsecond bort, och skulle ha förbises utan användning av NACO: s adaptiva optikfunktioner.
På avståndet från GQ Lupi är separationen mellan stjärnan och dess svaga följeslagare cirka 100 astronomiska enheter (eller 100 gånger avståndet mellan solen och jorden). Detta är ungefär 2,5 gånger avståndet mellan Pluto och solen.
Kameran, kallad GQ Lupi B eller GQ Lupi b [2], är ungefär 250 gånger svagare än GQ Lupi A som det ses i denna bildserie. Ytterligare bilder som erhållits med NACO i augusti och september bekräftade närvaron och positionen för denna följeslagare.
Röra sig i samma riktning
Astronomerna avslöjade sedan att stjärnan tidigare hade observerats av Subaru-teleskopet samt av Hubble-rymdteleskopet. De hämtade motsvarande bilder från dataarkiven för dessa anläggningar för ytterligare analys.
De äldre bilderna, som togs i juli 2002 respektive april 1999, visade också närvaron av följeslagaren, vilket gav astronomerna möjligheten att exakt mäta positionen för de två föremålen under en period av flera år. Detta i sin tur tillät dem att avgöra om stjärnorna rör sig tillsammans på himlen - som man kan förvänta sig om de är gravitationsbundna ihop - eller om det mindre objektet endast är ett bakgrundsobjekt, precis i linje med en slump.
Från sina mätningar fann astronomerna att separationen mellan de två föremålen inte förändrades under den femårsperiod som observationerna omfattade (se ESO PR Photo 10b / 05). För forskarna är detta ett tydligt bevis på att båda föremål rör sig i samma riktning på himlen. "Om det svaga objektet skulle vara ett bakgrundsobjekt", säger Ralph Neuh? Användare av University of Jena (Tyskland) och teamledare, "skulle vi se en förändring i separationen eftersom GQ Lup skulle röra sig i himlen. Från 1999 till 2004 skulle separationen ha ändrats med 0,15 bågsek, medan vi är övertygade om att förändringen är minst 20 gånger mindre. ”
Exoplanet eller brun dvärg?
För att ytterligare undersöka den fysiska naturen hos det nyupptäckta objektet använde astronomerna NACO på VLT för att ta en serie spektra. Dessa visade den typiska signaturen för ett väldigt coolt föremål, särskilt närvaron av vatten och CO-band. Med hänsyn till de infraröda färgerna och de tillgängliga spektraldataen, beräknar atmosfäriska modellberäkningar en temperatur mellan 1 600 och 2 500 grader och en radie som är dubbelt så stor som Jupiter (se PR-foto 10c / 05). Enligt detta är GQ Lupi B således ett kallt och ganska litet föremål.
Men vad är detta svaga föremål? Är det en bona fide exoplanet eller är det en brun dvärg, dessa "misslyckade" stjärnor som inte är tillräckligt massiva för att centralt producera stora kärnreaktioner? Även om gränsen mellan de två fortfarande är en fråga om debatt, är ett sätt att skilja mellan de två genom deras massa (eftersom detta också görs mellan bruna dvärgar och stjärnor): (jätte) planeter är lättare än cirka 13 Jupiter-massor ( den kritiska massan som behövs för att antända deuteriumfusion) är bruna dvärgar tyngre.
Vad sägs om GQ Lupi b?
Tyvärr ger de nya observationerna inte en direkt uppskattning av objektets massa. Således måste astronomerna lita på jämförelse med teoretiska modeller av sådana objekt. Men detta är inte så lätt som det låter. Om, som astronomer vanligtvis accepterar, bildas GQ Lupi A och B samtidigt, är det nyligen hittade objektet mycket ungt. Problemet är att för så mycket unga objekt är traditionella teoretiska modeller troligen inte tillämpliga. Om de används, ger de emellertid en uppskattning av massan hos föremålet som ligger någonstans mellan 3 till 42 Jupiter-massor, dvs. omfattar både planeten och de bruna dvärgsdomänerna.
Dessa tidiga faser i brun dvärg- och planetbildning är i huvudsak okänt territorium för modeller. Det är mycket svårt att modellera den tidiga kollapsen av gasmoln med tanke på förhållandena kring den bildande moderstjärnan. En uppsättning modeller, speciellt anpassade för att modellera de mycket unga föremålen, ger massor så låga som en till två Jupiter-massor. Men som Ralph Neuh? Användaren påpekar "dessa nya modeller måste fortfarande kalibreras innan massan av sådana följeslagare kan fastställas säkert".
Astronomerna betonar också att de från jämförelsen mellan deras VLT / NACO-spektra och de teoretiska modellerna av medförfattaren Peter Hauschildt från Hamburgs universitet (Tyskland) kommer till slutsatsen att den bästa passningen erhålls för ett objekt med ungefär 2 Jupiter-radier och 2 Jupiter-massor. Om detta resultat håller, skulle GQ Lupi b därmed vara den yngsta och lättaste exoplaneten som har tagits av.
Ytterligare observationer krävs fortfarande för att exakt bestämma arten av GQ Lupi B. Om de båda föremålen verkligen är bundna, kommer det minsta objektet att behöva mer än 1 000 år för att slutföra en bana runt dess värdstjärna. Detta är naturligtvis för långt att vänta men effekten av orbitalrörelsen kan eventuellt upptäckas - som en liten förändring i separationen mellan de två föremålen - på några år. Teamet planerar därför att utföra regelbundna observationer av detta objekt med NACO på VLT för att upptäcka denna rörelse. Ingen tvekan om att under tiden kommer ytterligare framsteg på den teoretiska sidan att uppnås och att många sensationella upptäckter inom detta område kommer att göras.
Mer information
Forskningen som presenteras i detta ESO-pressmeddelande publiceras i ett brev till redaktören som godkänts för publicering av Astronomy and Astrophysics ("Evidence for a co-Moving Sub-Stellar companion of GQ Lup" av R. Neuh? User et al.) Och tillgängligt i PDF-formulär på http://www.edpsciences.org/articles/aa/pdf/forthpdf/aagj061_forth.pdf.
Notera
[1]: Teamet består av Ralph Neuh? -Användare, Günther Wuchterl, Markus Mugrauer och Ana Bedalov (University of Jena, Tyskland), Eike Guenther (Thingeringen Landessternwarte Tautenburg, Tyskland) och Peter Hauschildt (Hamburger) Sternwarte, Tyskland).
[2]: I astronomisk litteratur är konventionen att sätta huvudstäder för stjärnor som är medlemmar i flera system, men små bokstäver för planeter. Om följeslagaren till GQ Lupi A visar sig vara en planet, skulle den kallas GQ Lupi b, medan om det är en brun dvärg, skulle den identifieras som GQ lupi B. Med tanke på den nuvarande osäkerheten har vi därför använt båda valörer i detta pressmeddelande, liksom författarna i den ursprungliga vetenskapliga artikeln.
Ursprungskälla: ESO News Release
