A nagyon nagy teleszkóphoz felszerelt, nagy teljesítményű, nagy kontrasztú kameranak köszönhetően fényképeket kaptunk egy kis tömegű társról, nagyon közel egy csillaghoz. Ez lehetővé tette a csillagászoknak, hogy első ízben közvetlenül mérjék egy fiatal, nagyon kis tömegű tárgy tömegét.
Az objektum, amely több mint százszor gyengébb, mint a házigazda csillaga, még mindig 93-szor tömegebb, mint a Jupiter. És úgy tűnik, hogy majdnem kétszer olyan nehéz, mint az elmélet azt feltételezi.
Ez a felfedezés tehát arra utal, hogy a modellek hibáinak következtében a csillagászok túlbecsülhetik a fiatal „barna törpék” és a „szabadon lebegő” extoláris bolygók számát.
Egy nyerő kombináció
A csillagot számos paraméter jellemzi. De az egyik rendkívül fontos: tömege. A csillag tömege határozza meg sorsát. Nem meglepő tehát, hogy a csillagászok nagyon szeretnének pontos paramétert kapni.
Ez azonban nem könnyű feladat, főleg a legkevésbé tömeges személyek számára, akik a csillagok és a barna törpe tárgyak határán vannak. A barna törpe vagy „meghibásodott csillag” olyan tárgy, amely akár 75-szer tömegebb is, mint a Jupiter, és túl kicsi ahhoz, hogy a nagyobb atomfúziós folyamatok belsejében meggyulladhassanak.
Egy csillag tömegének meghatározására az csillagászok általában a csillagok mozgását vizsgálják egy bináris rendszerben. És ezután alkalmazza ugyanazt a módszert, amely lehetővé teszi a Föld tömegének meghatározását, megismerve a Hold távolságát és az időt, amíg a műholda egy teljes pályára befejeződik (az úgynevezett „Kepler harmadik törvénye”). Hasonlóképpen, a Föld-Nap távolságának és az idő - egy év - megismerésével a Nap tömegét is mérték a bolygónkon, hogy körbejárjuk a Napot.
Az alacsony tömegű tárgyak problémája az, hogy nagyon halványak és gyakran el vannak rejtve a körülük kerülő fényesebb csillag tükrében, még ha nagy távcsövekkel is megnézik őket.
A csillagászok azonban találtak módot ennek a nehézségnek a leküzdésére. Ehhez egy átgondolt megfigyelési stratégia és a legmodernebb eszközök kombinációjára támaszkodnak.
Magas kontrasztú kamera
Először, a nagyon kis tömegű tárgyakat kereső csillagászok fiatal közeli csillagokat néznek meg, mert az alacsony tömegű tárgyak fiatalok előtt a legfényesebbek, mielőtt összehúzódnak és lehűlnek.
Ebben az esetben a Laird Close (Steward Observatory, Arizonai Egyetem) vezetésével egy csillagászok nemzetközi csoportja [1] az AB Doradus A (AB Dor A) csillagot tanulmányozta. Ez a csillag körülbelül 48 fényévnyire van és „csak” 50 millió éves. Mivel az AB Dor A helyzete az égbolton „hullámzik”, egy csillagszerű tárgy gravitációs vonzása miatt az 1990-es évek eleje óta azt hitték, hogy az AB Dor A-nek kis tömegű társának kell lennie.
Ennek a társnak a fényképezéséhez és az ezzel kapcsolatos átfogó adatgyűjtéshez Close és kollégái új eszközt használtak az Európai Déli Megfigyelő Intézet Nagyon Nagy Teleszkópján. Ezt az új, nagy kontrasztú adaptív optikai kamerát, a NACO szimultán differenciálképét (NACO SDI) [2] Laird Close és Rainer Lenzen (a németországi Heidelbergi Max-Planck Csillagászati Intézet) fejlesztették ki extoláris bolygók vadászatához. Az SDI kamera javítja a VLT és adaptív optikai rendszerének azon képességét, hogy észlelje az olyan halvány társait, amelyek általában elvesznek az elsődleges csillag tükröződésében.
Világpremier
Ezt a kamerát az AB Dor A felé fordítva, 2004 februárjában, képesek voltak először olyan halvány társat képezni - 120-szor halványabb, mint a csillaga -, és így a csillag közelében.
Mondja Markus Hartung (ESO), a csapat tagja: „Ez a világpremier csak azért volt lehetséges, mert a NACO SDI eszköz a VLT-n egyedülálló képességekkel rendelkezik. Valójában a Hubble Űrtávcső megpróbálta, de nem sikerült felismerni a társat, mivel túl halvány és túl közel volt az elsődleges csillag vakító fényéhez. ”
A csillag és a halk társ közötti apró távolság (0,156 ív) megegyezik egy euróérme szélességével (2,3 cm), ha 20 km-re van. A társat, akit AB Dor C-nek hívtunk, a Föld és a Nap közti távolság 2,3-szorosának láttuk. Meglehetősen excentrikus pályán 11,75 év alatt befejezi a házigazda csillag körüli ciklust.
A csillagászok a társ pontos helyének és a csillag ismert „hullámainak” felhasználásával pontosan meg tudják határozni a társ tömegét. Az objektum, amely több mint százszor gyengébb, mint a közeli elsődleges csillaga, a hostsztár tömegének egytizedét teszi ki, azaz 93-szor tömegebb, mint a Jupiter. Így kissé meghaladja a barna törpe határértéket.
A VAC NACO-val történő felhasználásával az csillagászok az infravörös hullámhosszon megfigyelték az AB Dor C-t is, hogy megmérjék annak hőmérsékletét és fényességét.
"Meglepve tapasztaltuk, hogy a társ 400 fok (Celsius) hőmérsékleten hidegebb és 2,5-szer halványabb, mint a legfrissebb modellek egy ilyen tömegű tárgyra előrejelzik" - mondta Close.
„Az elmélet azt jósolja, hogy ez az alacsony tömegű, hűvös tárgy körülbelül 50 Jupiter tömegű lenne. Az elmélet azonban téves: ez az objektum valóban 88 és 98 Jupiter tömeg között van. ”
Ezek az új eredmények ezért kihívást jelentenek a barna törpe populációról és a széles körben nyilvánosságra hozott „szabadon lebegő” extoláris bolygók jelenlegi elképzeléseiről.
Valójában, ha az eddig barna törpékként azonosított fiatal tárgyak kétszer olyan tömegek, mint gondolnák, akkor soknak inkább kis tömegű csillagoknak kell lenniük. És a közelmúltban „szabadon lebegő” bolygókként azonosított tárgyak viszont valószínűleg kis tömegű barna törpék.
Close és kollégái szerint "ez a felfedezés arra kényszeríti a csillagászokat, hogy gondolkodjanak át a természetben előállított legkisebb tárgyak tömegében."
Több információ
Az itt bemutatott munka levélként jelenik meg a Nature január 20-i számában („A tömeg-fényerősség dinamikus kalibrálása nagyon alacsony csillagtömegnél és fiatal korban”, L. Close et al.).
Megjegyzések
[1]: A csapat tagjai: Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek és Beth Biller (Steward Observatory, Arizonai Egyetem, Tucson, USA), Rainer Lenzen és Wolfgang Brandner (Max-Planck Intézet az Asztronomia számára, Heidelberg, Németország, Jose C. Guirado (Valencia Egyetem, Spanyolország), valamint Markus Hartung és Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: A NACO SDI kamera egyedi típusú fényképezőgép, adaptív optikát használva, amely eltávolítja a Föld légkörének elmosódó hatásait, hogy rendkívül éles képeket készítsen. Az SDI az egyetlen csillagból származó fényt négy azonos képre osztja, majd a kapott sugarakat négy kissé eltérő (metán-érzékeny) szűrőn továbbítja. Amikor a szűrt fénysugarak elérik a kamera detektorrendszerét, a csillagászok levonhatják a képeket, így a fényes csillag eltűnik, felfedve egy halványabb, hűvösebb tárgyat, amely egyébként el van rejtve a csillag szétszórt fényhalogójában („vakító fény”). A Saturn műholdas titánjának korábbi, NACO SDI-vel készített egyedi képeit közzétették az ESO PR 09/04-ben.
Eredeti forrás: az ESO sajtóközleménye
