Χάρη στην ισχυρή νέα κάμερα υψηλής αντίθεσης που έχει εγκατασταθεί στο πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο, έχουν ληφθεί φωτογραφίες από έναν σύντροφο χαμηλής μάζας πολύ κοντά σε ένα αστέρι. Αυτό επέτρεψε στους αστρονόμους να μετρήσουν άμεσα τη μάζα ενός νεαρού, πολύ χαμηλής μάζας αντικειμένου για πρώτη φορά.
Το αντικείμενο, περισσότερο από 100 φορές πιο αχνό από το αστέρι του ξενιστή του, είναι ακόμη 93 φορές μεγαλύτερο από τον Δία. Και φαίνεται να είναι σχεδόν διπλάσιο από ότι η θεωρία το προβλέπει.
Αυτή η ανακάλυψη συνεπώς υποδηλώνει ότι, λόγω σφαλμάτων στα μοντέλα, οι αστρονόμοι μπορεί να έχουν υπερεκτιμήσει τον αριθμό των νέων «καφέ νάνων» και «ελεύθερων πλωτών» εξωηλιακών πλανητών.
Ένας συνδυασμός που κερδίζει
Ένα αστέρι μπορεί να χαρακτηριστεί από πολλές παραμέτρους. Αλλά ένα είναι υψίστης σημασίας: η μάζα του. Είναι η μάζα ενός αστεριού που θα αποφασίσει τη μοίρα του. Επομένως, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι αστρονόμοι επιθυμούν να λάβουν ένα ακριβές μέτρο αυτής της παραμέτρου.
Αυτό όμως δεν είναι εύκολο έργο, ειδικά για τα λιγότερο μαζικά, εκείνα που βρίσκονται στα σύνορα μεταξύ αστεριών και καφέ νάνων αντικειμένων. Οι καφέ νάνοι, ή «αποτυχημένα αστέρια», είναι αντικείμενα που είναι έως και 75 φορές πιο ογκώδη από τον Δία, πολύ μικρά για να αναφλέξουν στο εσωτερικό του μεγάλες διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης.
Για τον προσδιορισμό της μάζας ενός άστρου, οι αστρονόμοι εξετάζουν γενικά την κίνηση των αστεριών σε ένα δυαδικό σύστημα. Και μετά εφαρμόστε την ίδια μέθοδο που επιτρέπει τον προσδιορισμό της μάζας της Γης, γνωρίζοντας την απόσταση της Σελήνης και το χρόνο που χρειάζεται για να ολοκληρώσει ο δορυφόρος του μια πλήρη τροχιά (ο λεγόμενος «Τρίτος Νόμος του Κέπλερ»). Με τον ίδιο τρόπο, έχουν επίσης μετρήσει τη μάζα του Ήλιου γνωρίζοντας την απόσταση της Γης-Ήλιου και το χρόνο - ένα χρόνο - χρειάζεται ο πλανήτης μας για μια περιοδεία γύρω από τον Ήλιο.
Το πρόβλημα με αντικείμενα χαμηλής μάζας είναι ότι είναι πολύ αχνά και συχνά κρύβονται στο έντονο φως του φωτεινότερου αστεριού που βρίσκονται σε τροχιά, επίσης όταν προβάλλονται σε μεγάλα τηλεσκόπια.
Ωστόσο, οι αστρονόμοι έχουν βρει τρόπους να ξεπεράσουν αυτήν τη δυσκολία. Γι 'αυτό, βασίζονται σε έναν συνδυασμό μιας καλά μελετημένης στρατηγικής παρατήρησης με υπερσύγχρονα όργανα.
Κάμερα υψηλής αντίθεσης
Πρώτον, οι αστρονόμοι που αναζητούν αντικείμενα πολύ χαμηλής μάζας εξετάζουν νεαρά αστέρια που βρίσκονται κοντά, επειδή τα αντικείμενα χαμηλής μάζας θα είναι πιο φωτεινά ενώ είναι μικρά, πριν συστέλλονται και κρυώνουν.
Στη συγκεκριμένη περίπτωση, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Laird Close (Παρατηρητήριο Steward, Πανεπιστήμιο της Αριζόνα), μελέτησε το αστέρι AB Doradus A (AB Dor A). Αυτό το αστέρι βρίσκεται περίπου 48 έτη φωτός μακριά και είναι «μόνο» 50 εκατομμυρίων ετών. Επειδή η θέση στον ουρανό του AB Dor A «ταλαντεύεται», λόγω της βαρυτικής έλξης ενός αστεριού, πιστεύεται από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 ότι ο AB Dor A πρέπει να έχει σύντροφο χαμηλής μάζας.
Για να φωτογραφίσει αυτόν τον σύντροφο και να αποκτήσει μια ολοκληρωμένη σειρά δεδομένων σχετικά με αυτό, ο Κλείς και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν ένα νέο όργανο στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου. Αυτή η νέα κάμερα προσαρμοστικής οπτικής υψηλής αντίθεσης, το NACO Sim ταυτόous Differential Imager, ή το NACO SDI [2], αναπτύχθηκε ειδικά από τους Laird Close και Rainer Lenzen (Max-Planck-Institute for Astronomy στη Χαϊδελβέργη, Γερμανία) για το κυνήγι εξωηλιακών πλανητών. Η κάμερα SDI ενισχύει την ικανότητα του VLT και του προσαρμοστικού οπτικού συστήματος του να ανιχνεύει εξασθενημένους συντρόφους που κανονικά θα χάνονταν στο έντονο φως του πρωτεύοντος άστρου.
Μια παγκόσμια πρεμιέρα
Γυρίζοντας αυτήν την κάμερα προς το AB Dor A τον Φεβρουάριο του 2004, κατάφεραν για πρώτη φορά να απεικονίσουν έναν σύντροφο τόσο αμυδρά - 120 φορές πιο αχνό από το αστέρι του - και τόσο κοντά στο αστέρι του.
Λέει ο Markus Hartung (ESO), μέλος της ομάδας: «Αυτή η παγκόσμια πρεμιέρα ήταν δυνατή μόνο λόγω των μοναδικών δυνατοτήτων του οργάνου NACO SDI στο VLT. Στην πραγματικότητα, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble προσπάθησε αλλά δεν κατάφερε να εντοπίσει τον σύντροφο, καθώς ήταν πολύ αχνό και πολύ κοντά στο έντονο φως του πρωταρχικού αστέρα. "
Η μικρή απόσταση μεταξύ του αστεριού και του αμυδρού συντρόφου (0,156 arcsec) είναι η ίδια με το πλάτος ενός νομίσματος ενός ευρώ (2,3 εκατοστά) όταν φαίνεται 20 χιλιόμετρα μακριά. Ο σύντροφος, που ονομάζεται AB Dor C, εμφανίστηκε σε απόσταση 2,3 φορές τη μέση απόσταση μεταξύ της Γης και του Ήλιου. Ολοκληρώνει έναν κύκλο γύρω από το κεντρικό του αστέρι σε 11,75 χρόνια σε μια μάλλον εκκεντρική τροχιά.
Χρησιμοποιώντας την ακριβή τοποθεσία του συντρόφου, μαζί με τη γνωστή «ταλάντευση» του αστεριού, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν τότε να προσδιορίσουν με ακρίβεια τη μάζα του συνοδού. Το αντικείμενο, περισσότερο από 100 φορές πιο αμυδρό από το στενό πρωτεύον αστέρι του, έχει το ένα δέκατο της μάζας του αστέρι του ξενιστή του, δηλαδή είναι 93 φορές πιο ογκώδες από τον Δία. Επομένως, είναι λίγο πάνω από το όριο του καφέ νάνου.
Χρησιμοποιώντας το NACO στο VLT, οι αστρονόμοι παρατήρησαν περαιτέρω το AB Dor C σε σχεδόν μήκη κύματος υπέρυθρων για να μετρήσουν τη θερμοκρασία και τη φωτεινότητά του.
«Ήμασταν έκπληκτοι που βρήκαμε ότι ο σύντροφος ήταν 400 βαθμούς (Κελσίου) πιο κρύος και 2,5 φορές πιο αχνός από ό, τι τα πιο πρόσφατα μοντέλα προβλέπουν για ένα αντικείμενο αυτής της μάζας», δήλωσε ο Κλείς.
«Η θεωρία προβλέπει ότι αυτό το ψυχρό αντικείμενο χαμηλής μάζας θα είναι περίπου 50 μάζες του Δία. Αλλά η θεωρία είναι λανθασμένη: αυτό το αντικείμενο είναι πράγματι μεταξύ 88 και 98 μαζών του Δία. "
Αυτά τα νέα ευρήματα συνεπώς αμφισβητούν τις τρέχουσες ιδέες σχετικά με τον πληθυσμό των καφέ νάνων και την πιθανή ύπαρξη ευρέως δημοσιευμένων «ελεύθερων» εξωηλιακών πλανητών.
Πράγματι, εάν τα νεαρά αντικείμενα που μέχρι στιγμής ταυτοποιήθηκαν ως καφέ νάνοι είναι διπλάσια από ό, τι πιστεύεται, πολλά πρέπει μάλλον να είναι αστέρια χαμηλής μάζας. Και τα αντικείμενα που αναγνωρίστηκαν πρόσφατα ως «ελεύθεροι» πλανήτες με τη σειρά τους είναι πιθανό να είναι καφέ νάνοι χαμηλής μάζας.
Για τον Close και τους συναδέλφους του, «αυτή η ανακάλυψη θα αναγκάσει τους αστρονόμους να επανεξετάσουν ποιες είναι οι μάζες των μικρότερων αντικειμένων που παράγονται στη φύση».
Περισσότερες πληροφορίες
Το έργο που παρουσιάζεται εδώ εμφανίζεται ως επιστολή στο τεύχος της φύσης της 20ης Ιανουαρίου («Μια δυναμική βαθμονόμηση της σχέσης μάζας-φωτεινότητας σε πολύ χαμηλές αστρικές μάζες και νεαρές ηλικίες» από τους L. Close et al.).
Σημειώσεις
[1]: Η ομάδα αποτελείται από τους Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek και Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen και Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Χαϊδελβέργη, Γερμανία), Jose C. Guirado (Πανεπιστήμιο της Βαλένθια, Ισπανία), και Markus Hartung και Chris Lidman (ESO-Χιλή).
[2]: Η κάμερα NACO SDI είναι ένας μοναδικός τύπος κάμερας που χρησιμοποιεί προσαρμοστικά οπτικά, που αφαιρεί τα θολά αποτελέσματα της ατμόσφαιρας της Γης για να παράγει εξαιρετικά ευκρινείς εικόνες. Το SDI διαχωρίζει το φως από ένα μόνο αστέρι σε τέσσερις πανομοιότυπες εικόνες και μετά περνά τις προκύπτουσες ακτίνες μέσω τεσσάρων ελαφρώς διαφορετικών (ευαίσθητων στο μεθάνιο) φίλτρων. Όταν οι φιλτραρισμένες ακτίνες φωτός χτυπήσουν τη σειρά ανιχνευτών της κάμερας, οι αστρονόμοι μπορούν να αφαιρέσουν τις εικόνες, έτσι ώστε το φωτεινό αστέρι να εξαφανιστεί, αποκαλύπτοντας ένα πιο αχνό, πιο δροσερό αντικείμενο που αλλιώς κρύβεται στο διάσπαρτο φως φωτοστέφανο του αστέρα («έντονο φως»). Μοναδικές εικόνες του δορυφόρου Titan του Κρόνου που αποκτήθηκαν νωρίτερα με το NACO SDI δημοσιεύθηκαν στο ESO PR 09/04.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
