Zahvaljujući moćnoj novoj fotoaparatu visokog kontrasta instaliranom na telefonu Very Large Telescope, dobijene su fotografije pratilaca niske mase vrlo blizu zvijezde. To je omogućilo astronomima da prvi put izravno izmjere masu mladog, objekta vrlo male mase.
Objekt je više od 100 puta slabiji od zvijezde domaćina još uvijek je 93 puta masivniji od Jupitera. A čini se da je gotovo dvostruko teži nego što teorija predviđa da jest.
Ovo otkriće sugerira da su astronomi, zbog pogrešaka u modelima, precijenili broj mladih „smeđih patuljaka“ i „slobodno plutajućih“ ekstrasolarnih planeta.
Dobitna kombinacija
Zvijezdu se može okarakterizirati po mnogim parametrima. Ali jedno je od najveće važnosti: njegova masa. To je masa zvijezde koja će odlučiti o njezinoj sudbini. Stoga ne čudi da astronomi žele precizno izmjeriti ovaj parametar.
To, međutim, nije lak zadatak, posebno za one najmanje masivne, one na granici između zvijezda i smeđih patuljastih objekata. Smeđi patuljci ili "propale zvijezde" objekti su koji su i do 75 puta masivniji od Jupitera, premali za velike procese nuklearne fuzije koji su se zapalili u njegovoj unutrašnjosti.
Da bi odredili masu zvijezde, astronomi obično gledaju kretanje zvijezda u binarnom sustavu. Zatim primijenite istu metodu koja omogućuje određivanje mase Zemlje, znajući udaljenost Mjeseca i vrijeme koje mu je potrebno da njegov satelit ispuni jednu punu orbitu (tzv. "Keplerov treći zakon"). Na isti su način izmjerili i masu Sunca tako što su znali udaljenost Zemlja-Sunce i vrijeme - jedna godina - potrebno je našem planetu da napravi obilazak oko Sunca.
Problem s objektima male mase je u tome što su oni vrlo slabi i često će se skrivati u svjetlu sjajnije zvijezde kojom orbitiraju, također kada se promatraju u velikim teleskopima.
Astronomi su međutim pronašli načine za prevazilaženje ove poteškoće. Za to se oslanjaju na kombinaciju dobro promišljene strategije promatranja s najsuvremenijim instrumentima.
Kamera visokog kontrasta
Prvo, astronomi koji pretražuju objekte vrlo male mase promatraju mlade obližnje zvijezde jer će predmeti s malom masom biti najsvjetliji dok su mladi, prije nego što se ugovore i ohlade.
U ovom konkretnom slučaju, međunarodni tim astronoma [1] pod vodstvom Lairda Close-a (Steward Observatory, University of Arizona) proučavao je zvijezdu AB Doradus A (AB Dor A). Ova se zvijezda nalazi oko 48 svjetlosnih godina i stara je samo 50 milijuna godina. Budući da se položaj na nebu AB Dor A „njiha“, zbog gravitacijskog povlačenja objekta sličnog zvijezdi, od početka devedesetih godina se vjerovalo da AB Dor A mora imati suputnika male mase.
Kako bi fotografirali ovog pratitelja i dobili sveobuhvatni skup podataka o njemu, Close i njegovi kolege koristili su novi instrument na vrlo velikom teleskopu Europskog opservatorija. Ovaj novi kontrastni fotoaparat visokog kontrasta, NACO simultani diferencijalni imager, ili NACO SDI [2], posebno su razvili Laird Close i Rainer Lenzen (Max-Planck-Institut za astronomiju u Heidelbergu, Njemačka) za lov na ekstrasolarne planete. SDI kamera poboljšava sposobnost VLT-a i njegovog adaptivnog optičkog sustava za otkrivanje slabih pratitelja koji bi se obično izgubili u svjetlu primarne zvijezde.
Svjetska premijera
Okrećući ovu kameru prema AB Dor A u veljači 2004., oni su prvi put mogli slikati suputnika tako slabog - 120 puta slabijeg od svoje zvijezde - i tako blizu njegove zvijezde.
Markus Hartung (ESO), član tima, kaže: „Ova je svjetska premijera bila moguća samo zbog jedinstvenih mogućnosti NACO SDI instrumenta na VLT-u. Zapravo, svemirski teleskop Hubble pokušao je, ali nije uspio otkriti pratioca, budući da je bio previše slab i preblizu odsjaju primarne zvijezde. "
Malena udaljenost između zvijezde i slabog pratilaca (0,156 luka) jednaka je širini jednog novčića od eura (2,3 cm) kada se gleda 20 km. Suputnik, zvan AB Dor C, viđen je na udaljenosti 2,3 puta većoj od srednje udaljenosti između Zemlje i Sunca. Završava ciklus oko svoje zvijezde domaćina u 11,75 godina po prilično ekscentričnoj orbiti.
Koristeći točnu lokaciju pratioca, zajedno s poznatom zvijezdom "njihanjem", astronomi bi tada mogli točno odrediti mase pratioca. Objekt, više od 100 puta blizak od svoje bliske primarne zvijezde, ima jednu desetinu mase svoje zvijezde domaćina, tj. 93 puta je masivniji od Jupitera. Stoga je malo iznad granice smeđeg patuljaka.
Koristeći NACO na VLT-u, astronomi su dalje promatrali AB Dor C na blizu infracrvene valne duljine kako bi izmjerili njegovu temperaturu i svjetlinu.
"Iznenađeni smo kad smo otkrili da je suputnik hladniji za 400 stupnjeva Celzijusa i 2,5 puta slabiji nego što to predviđaju najnoviji modeli za objekt ove mase", rekao je Close.
„Teorija predviđa da bi ovaj objekt s malom, hladnom masom bio oko 50 Jupiterovih masa. Ali teorija je netočna: ovaj je predmet doista između mase od 88 do 98 Jupitera. "
Ova nova otkrića stoga osporavaju trenutne ideje o populaciji smeđeg patuljaka i mogućem postojanju široko objavljenih ekstrasolarnih planeta „slobodno plutajućih“.
Doista, ako su mladi dosad identificirani kao smeđi patuljci dvostruko masivniji nego što se mislilo, mnogi moraju biti zvijezde male mase. I objekti koji su nedavno identificirani kao „plutajući“ planeti vjerojatno će biti smeđi patuljci male mase.
Za Bliskoga i njegove kolege, „ovo će otkriće prisiliti astronome da preispitaju koja je zapravo masa najmanjih predmeta proizvedenih u prirodi.“
Više informacija
Ovdje predstavljeno djelo pojavljuje se kao Pismo u Prirodi od 20. siječnja („Dinamična kalibracija odnosa mase-svjetlosti kod vrlo niskih zvjezdanih masa i mladih dobnih skupina“ L. Close i sur.).
Bilješke
[1]: Tim čine Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek i Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen i Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut za astronomiju, Heidelberg, Njemačka), Jose C. Guirado (Sveučilište u Valenciji, Španjolska), te Markus Hartung i Chris Lidman (ESO-Čile).
[2]: NACO SDI kamera jedinstvena je vrsta kamera koja koristi adaptivnu optiku, a koja uklanja zamagljujuće efekte Zemljine atmosfere za stvaranje izuzetno oštrih slika. SDI razdvaja svjetlost od jedne zvijezde na četiri identične slike, a zatim dobivene zrake prolazi kroz četiri malo različita (na metan osjetljiva) filtra. Kad filtrirani zraci svjetla pogode detektorski niz fotoaparata, astronomi mogu oduzeti slike tako da svijetla zvijezda nestane, otkrivajući blijeđi, hladniji predmet koji je inače skriven u zvijezdanoj raspršenoj svjetlosnoj halo zvijezdi ("odsjaj"). Jedinstvene slike Saturnovog satelitskog Titana dobivene ranije s NACO SDI objavljene su u ESO PR 09/04.
Izvorni izvor: ESO News Release
