Tack vare den kraftfulla nya högkontrastkamera som installerades på Very Large Telescope har foton erhållits av en kompis med låg massa mycket nära en stjärna. Detta har gjort det möjligt för astronomer att direkt mäta massan hos ett ungt objekt med mycket låg massa för första gången.
Objektet, mer än 100 gånger svagare än värdstjärnan, är fortfarande 93 gånger så massivt som Jupiter. Och det verkar vara nästan dubbelt så tungt som teorin förutspår.
Denna upptäckt antyder därför att astronomer på grund av fel i modellerna kan ha överskattat antalet unga ”bruna dvärgar” och ”fritt flytande” extrasolära planeter.
En vinnande kombination
En stjärna kan kännetecknas av många parametrar. Men en är av yttersta vikt: dess massa. Det är massan av en stjärna som avgör sitt öde. Det är därför ingen överraskning att astronomer är angelägna om att få ett exakt mått på denna parameter.
Detta är dock inte en lätt uppgift, särskilt för de minst massiva, de vid gränsen mellan stjärnor och bruna dvärgföremål. Bruna dvärgar, eller "misslyckade stjärnor", är föremål som är upp till 75 gånger massivare än Jupiter, för små för att stora kärnfusionsprocesser kan antändas i dess inre.
För att bestämma massan hos en stjärna tittar astronomer generellt på stjärnornas rörelse i ett binärt system. Och sedan använda samma metod som gör det möjligt att bestämma massan på jorden, veta månens avstånd och tiden det tar för sin satellit att fullfölja en hel bana (den så kallade "Keplers tredje lag"). På samma sätt har de också mät solens massa genom att känna till avståndet mellan jorden och solen och tiden - ett år - det tar vår planet att göra en turné runt solen.
Problemet med föremål med låg massa är att de är mycket svaga och ofta kommer att döljas i bländningen från den ljusare stjärnan de går i omlopp, också när de ses i stora teleskop.
Astronomer har dock hittat sätt att övervinna denna svårighet. För detta förlitar de sig på en kombination av en väl genomtänkt observationsstrategi med de senaste instrumenten.
Högkontrastkamera
Först tittar astronomer som söker efter objekt med mycket låg massa på unga stjärnor i närheten, för att objekten med låg massa kommer att vara ljusast medan de är unga, innan de drar sig samman och svalnar.
I detta fall studerade ett internationellt team av astronomer [1] under ledning av Laird Close (Steward Observatory, University of Arizona) stjärnan AB Doradus A (AB Dor A). Denna stjärna ligger cirka 48 ljusår bort och är "bara" 50 miljoner år gammal. Eftersom placeringen i himlen på AB Dor A "vinglar", på grund av den gravitationella dragningen av ett stjärnliknande objekt, troddes det sedan början av 1990-talet att AB Dor A måste ha en kompis med låg massa.
För att fotografera denna följeslagare och få en omfattande uppsättning data om det, använde Close och hans kollegor ett nytt instrument på European Southern Observatory: s Very Large Telescope. Den nya adaptiva optikkameran med hög kontrast, NACO Simultaneous Differential Imager, eller NACO SDI [2], utvecklades specifikt av Laird Close och Rainer Lenzen (Max-Planck-Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland) för att jaga extrasolära planeter. SDI-kameran förbättrar VLT: s och dess adaptiva optiksystem förmåga att upptäcka svaga följeslagare som normalt skulle gå förlorade i bländningen från den primära stjärnan.
En världspremiär
När de vred kameran mot AB Dor A i februari 2004 kunde de för första gången bilda en så svag följeslagare - 120 gånger svagare än stjärnan - och så nära sin stjärna.
Säger Markus Hartung (ESO), medlem av teamet: ”Denna världspremiär var bara möjlig på grund av de unika kapaciteten för NACO SDI-instrumentet på VLT. I själva verket försökte rymdteleskopet Hubble men misslyckades med att upptäcka följeslagaren, eftersom det var för svagt och för nära bländningen från den primära stjärnan. ”
Det lilla avståndet mellan stjärnan och den svaga följeslagaren (0,156 bågsek) är densamma som bredden på ett euromynt (2,3 cm) när det ses 20 km bort. Kameran, kallad AB Dor C, sågs på ett avstånd av 2,3 gånger medelavståndet mellan jorden och solen. Den avslutar en cykel runt sin värdstjärna på 11,75 år på en ganska excentrisk bana.
Med hjälp av kompanjonens exakta plats, tillsammans med stjärnans kända "vingling", kunde astronomerna sedan exakt bestämma kompanjonens massa. Objektet, mer än 100 gånger svagare än dess nära primära stjärna, har en tiondel av massan på sin värdstjärna, dvs det är 93 gånger massivare än Jupiter. Det är alltså något över den bruna dvärggränsen.
Med användning av NACO på VLT observerade astronomerna vidare AB Dor C vid nära infraröda våglängder för att mäta dess temperatur och ljusstyrka.
"Vi blev förvånade över att följeslagaren var 400 grader kallare och 2,5 gånger svagare än de senaste modellerna förutspår för ett objekt av denna massa," sa Close.
”Teorin förutspår att denna låga massa, coola objekt skulle vara cirka 50 Jupiter-massor. Men teorin är felaktig: detta objekt är verkligen mellan 88 till 98 Jupiter-massor. ”
Dessa nya fynd utmanar därför aktuella idéer om den bruna dvärgpopulationen och den eventuella förekomsten av allmänt publicerade ”fritt flytande” extrasolära planeter.
Om unga föremål som hittills identifierats som bruna dvärgar är dubbelt så massiva som man trodde, måste många snarare vara stjärnor med låg massa. Och föremål som nyligen har identifierats som ”fritt flytande” planeter är i sin tur sannolikt bruna dvärgar med låg massa.
För Close och hans kollegor, "denna upptäckt kommer att tvinga astronomer att tänka om vilka massor av de minsta föremål som produceras i naturen verkligen är."
Mer information
Det arbete som presenteras här visas som ett brev i 20 januari-numret av Nature ("En dynamisk kalibrering av mass-ljusstyrka-förhållandet vid mycket låga stjärnmassor och unga åldrar" av L. Close et al.).
anteckningar
[1]: Teamet består av Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek och Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen och Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Tyskland), Jose C. Guirado (University of Valencia, Spain), och Markus Hartung och Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: NACO SDI-kameran är en unik typ av kamera som använder adaptiv optik, som tar bort suddighetseffekterna från jordens atmosfär för att ge extremt skarpa bilder. SDI delar upp ljus från en enda stjärna i fyra identiska bilder och passerar sedan de resulterande strålarna genom fyra något olika (metankänsliga) filter. När de filtrerade ljusstrålarna träffar kamerans detektoruppsättning kan astronomer subtrahera bilderna så att den ljusa stjärnan försvinner och avslöjar ett svagare, svalare föremål som annars är gömt i stjärnans spridda ljushalo ("bländning"). Unika bilder av Saturns satellit Titan som erhållits tidigare med NACO SDI publicerades i ESO PR 09/04.
Ursprungskälla: ESO News Release
