Et internationalt team af astronomer har nøjagtigt bestemt radius og masse af den mindste kerneforbrændende stjerne, der er kendt indtil nu.
Observationerne blev udført i marts 2004 med FLAMES multi-fiber spektrograf på 8,2 m VLT Kueyen-teleskopet ved ESO Paranal Observatory (Chile). De er en del af et stort program, der sigter mod at måle nøjagtige radiale hastigheder for tres stjerner, for hvilke der er fundet en midlertidig lysstyrke "dyppe" under OGLE-undersøgelsen.
Astronomerne finder ud af, at dyppet, der ses i lyskurven for stjernen kendt som OGLE-TR-122, er forårsaget af en meget lille stjernekammerat, som formørger denne sollignende stjerne en gang hver 7,3 dag.
Denne ledsager er 96 gange tungere end Jupiter, men kun 16% større. Det er første gang, at direkte observationer viser, at stjerner, der er mindre massive end 1/10 af solmassen, har næsten samme størrelse som kæmpe planeter. Denne kendsgerning skal naturligvis tages med i betragtning under den aktuelle søgning efter transoplaneter.
Derudover har observationer med Very Large Telescope ført til opdagelsen af syv nye formørkelsesbinarier, der har stjerner med masser under en tredjedel af solens masse, en reel bonanza for astronomerne.
OGLE-undersøgelsen
Når en planet tilfældigvis passerer foran sin overordnede stjerne (set fra Jorden), blokerer den for en lille brøkdel af stjernens lys fra vores syn [1].
Disse "planetariske transitter" er af stor interesse, da de tillader astronomer at måle massen og radius for exoplaneter. Der er derfor i gang flere undersøgelser, der forsøger at finde disse svage underskrifter fra andre verdener.
Et af disse programmer er OGLE-undersøgelsen, der oprindeligt blev udtænkt til at detektere mikrolenseringsbegivenheder ved at overvåge lysstyrken for et meget stort antal stjerner over længere tidsintervaller. I løbet af de seneste år har det også inkluderet en søgning efter periodiske, meget lavvandede "dips" i stjernenes lysstyrke, forårsaget af den regelmæssige transit af små kredsende objekter (små stjerner, brune dværge [2] eller Jupiter-størrelse planeter). OGLE-teamet har siden annonceret 177 "planetariske transitkandidater" fra deres undersøgelse af flere hundrede tusinde stjerner i tre felter på den sydlige himmel, den ene i retning af det galaktiske center, et andet inden for Carina-stjernebilledet og den tredje inden for Centaurus / Musca-konstellationerne.
Karakteren af det transiterende objekt kan imidlertid kun bestemmes ved efterfølgende observationer af radialhastighed af moderstjernen. Størrelsen på hastighedsvariationerne (amplituden) er direkte relateret til massen af ledsagerobjektet og tillader derfor forskelsbehandling mellem stjerner og planeter som årsag til den observerede lysstyrke "dyppe".
En Bonanza af stjerner med lav masse
Et internationalt team af astronomer [3] har brugt det 8,2 m lange VLT Kueyen-teleskop til dette arbejde. Ved at drage fordel af multiplexkapaciteten i FLAMES / UVES-anlægget, der tillader at opnå højopløsningsspektre på op til 8 objekter på samme tid, har de set på 60 OGLE-transitkandidatstjerner, målt deres radiale hastigheder med en nøjagtighed på ca. 50 m / s [ 4].
Dette ambitiøse program har hidtil resulteret i opdagelsen af fem nye transiterende eksoplaneter (se f.eks. ESO PR 11/04 til meddelelse af to af dem).
De fleste af de andre transitkandidater, der er identificeret af OGLE, har vist sig at være formørkelsesbinarier, det vil sige i de fleste tilfælde almindelige, små og lavmasse stjerner, der passerer foran en sollignende stjerne. Dette ekstra væld af data om små og lette stjerner er en reel bonanza for astronomerne.
Begrænser forholdet mellem masse og radius
Stjerner med lav masse er usædvanligt interessante genstande, også fordi de fysiske forhold i deres interiør har meget til fælles med dem fra kæmpe planeter, som Jupiter i vores solsystem. Desuden giver en bestemmelse af størrelserne på de mindste stjerner indirekte, afgørende oplysninger om opførsel af stof under ekstreme forhold [5].
Indtil for nylig var der foretaget meget få observationer, og man vidste kun lidt om stjerner med lav masse. I øjeblikket er nøjagtige værdier af radier kun kendt for fire stjerner med masser mindre end en tredjedel af solens masse (jf. ESO PR 22/02 for målinger, der er foretaget med Very Large Telescope Interferometer) og overhovedet ingen for masser under en ottendedel af en solmasse.
Denne situation ændrer sig nu dramatisk. Faktisk har observationer med det meget store teleskop hidtil ført til opdagelsen af syv nye formørkelsesgrupper, der har stjerner med masser under en tredjedel af solens masse.
Dette nye sæt af observationer tredobler således næsten antallet af lavmasse stjerner, som nøjagtige radier og masser er kendt for. Og endnu bedre - en af disse stjerner viser sig nu at være den mindste kendte!
Størrelser i planetstørrelse
Den nyligt fundne stjernegnome er ledsager af OGLE-TR-122, en temmelig fjerntliggende stjerne i Mælkevejsgalaksen, set i retning af den sydlige konstellation Carina.
OGLE-programmet afslørede, at OGLE-TR-122 oplever en 1,5% lysstyrksdyp en gang hver 7. dag 6 timer og 27 minutter, hver gang varer lidt over 3 timer (ca. 188 minutter). FLAMES / UVES-målingerne, der blev foretaget i løbet af 6 nætter i marts 2004, afslører variationer i denne tids radiale hastighed med en amplitude på ca. 20 km / s. Dette er den klare signatur af en meget lavmasse-stjerne tæt på den brændstofbrændende grænse, der kredser om OGLE-TR-122. Denne ledsager fik navnet OGLE-TR-122b.
Som Fran? Ois Bouchy fra Observatoire Astronomique Marseille Provence (Frankrig) forklarer: ”Kombineret med de oplysninger, der er indsamlet af OGLE, giver vores spektroskopiske data nu mulighed for at bestemme arten af den mere massive stjerne i systemet, der ser ud til at være sol- synes godt om".
Denne information kan derefter bruges til at bestemme masse og radius af den meget mindre ledsager OGLE-TR-122b. Faktisk giver dybden (lysstyrkenedsættelse) af transit et direkte estimat af forholdet mellem radierne for de to stjerner, og den spektroskopiske bane giver en unik værdi af ledsagerens masse, når først den større stjernes masse er kendt .
Astronomerne finder ud af, at OGLE-TR-122b vejer en ellevende af solens masse og har en diameter, der kun er en ottendedel af solenergien. Selv om stjernen stadig er 96 gange så massiv som Jupiter, er den kun 16% større end denne gigantiske planet!
En tæt stjerne
”Forestil dig, at du føjer 95 gange sin egen masse til Jupiter og alligevel ender med en stjerne, der kun er lidt større”, foreslår Claudio Melo fra ESO og medlem af teamet af astronomer, der foretog undersøgelsen. ”Objektet krymper bare for at gøre plads til den ekstra sag og bliver mere og mere tæt.”
En sådan stjernes densitet er mere end 50 gange solens tæthed.
”Dette resultat viser tilstedeværelsen af stjerner, der ser slående ud som planeter, selv i nærheden”, understreger Frederic Pont fra Genève-observatoriet (Schweiz). ”Er det ikke underligt at forestille sig, at selv hvis vi skulle modtage billeder fra en fremtidig rumsonde, der nærmer sig et sådant objekt på kort afstand, ville det ikke være let at skelne mellem, om det er en stjerne eller en planet?”
Som alle stjerner producerer OGLE-TR-122b faktisk energi i dets indre ved hjælp af nukleare reaktioner. På grund af sin lave masse er denne interne energiproduktion imidlertid meget lille, især sammenlignet med energien produceret af sin sollignende ledsagerstjerne.
Ikke mindre slående er det faktum, at eksoplaneter, der kredser meget tæt på deres værtstjerne, de såkaldte "hot Jupiters", har radier, som måske er større end den nyligt fundne stjerne. Eksoplanetens radius HD209458b er for eksempel ca. 30% større end Jupiter. Den er således væsentligt større end OGLE-TR-122b!
Masqueraders
Denne opdagelse har også store konsekvenser for den igangværende søgning efter eksoplaneter. Disse observationer viser tydeligt, at nogle stjernegenstande kan producere nøjagtigt de samme fotometriske signaler (lysstyrkeændringer) som transiterende Jupiter-lignende planeter [6]. Hvad mere er, den nuværende undersøgelse har vist, at sådanne stjerner ikke er sjældne.
Stjerner som OGLE-TR-122b er således masqueraders blandt kæmpe exoplaneter, og den yderste omhu er påkrævet for at differentiere dem fra deres planetariske fætter. Afdækning af sådanne små stjerner kan kun udføres med opfølgende højopløsningsspektrale målinger med de største teleskoper. Der er mere arbejde forude for Very Large Telescope!
Mere information
Oplysningerne i denne pressemeddelelse er baseret på en forskningsartikel, der snart vises som et brev til redaktøren i det førende forskningstidsskrift “Astronomy & Astrophysics” (“En planetstørrelse, transiterende stjerne omkring OGLE-TR-122” af F. Pont et al.). Papiret er tilgængeligt i PDF-format på A&A-webstedet.
Noter
[1]: Brune dværge eller "mislykkede stjerner" er genstande, der er op til 75 gange mere massive end Jupiter. De er for små til, at større nukleare fusionsprocesser kan antændes i dets indre.
[2]: Radius for en Jupiter-størrelse er ca. 10 gange mindre end for en soltype-stjerne, dvs. at den dækker ca. 1/100 af overfladen på denne stjerne, og derfor blokerer den for ca. 1% af det stjerne lys under transit.
[3]: Holdet består af Fr. Dr. Pont, Michel-borgmester, Didier Queloz og St Phane Udry fra Genève-observatoriet i Schweiz, Claudio Melo fra ESO-Chile, Fran? Ois Bouchy ved Observatoire Astronomique Marseille Provence i Frankrig , og Nuno Santos fra Lissabon Astronomiske Observatorium, Portugal.
[4]: Dette svarer til måling af en hastighed på 180 km / t. Til sammenligning er solens bevægelse induceret af Jupiter ca. 13 m / s eller 47 km / t. Denne bevægelse er proportional med planetens masse og omvendt proportional med kvadratroten af dens afstand fra stjernen.
[5]: For en normal stjerne som Solen, hvis stof opfører sig som en perfekt gas, er stjernestørrelsen proportional med massen. For stjerner med lav masse bliver kvanteeffekter imidlertid vigtige, og stjernematerialet bliver "degenereret", hvilket modstår kompression meget mere end en perfekt gas. For genstande med en masse under 75 gange massen af Jupiter, dvs. brune dværge, er sagen fuldstændigt degenereret, og deres størrelse afhænger ikke af massen.
[6]: Bemærk, at et fjernt transiterende objekt - stjerne eller planet - altid vil frembringe en "dyppe" lysstyrke, uanset hvor lys den er i sig selv. Før og efter transit er den registrerede lysstyrke lig med summen af lysstyrken for den centrale stjerne og den for det kredsende objekt. Under transit er den registrerede lysstyrke denne sum minus det lys, der udsendes af den del af den centrale stjerne, der er skjult.
Original kilde: ESO News Release
