Et forskningsdokument fra et internationalt team af astronomer [2] giver gode argumenter til fordel, men det endelige svar venter nu på yderligere observationer.
Ved adskillige lejligheder i de forgangne år afslørede astronomiske billeder svage genstande, set i nærheden af meget lysere stjerner. Nogle af disse har været antaget at være i kredsløb om eksoplaneter, men efter yderligere undersøgelse kunne ingen af dem klare den egentlige test. Nogle viste sig at være svage stjernekammerater, andre var helt uafhængige baggrundstjerner. Denne kan godt være anderledes.
I april i år opdagede teamet af europæiske og amerikanske astronomer et svagt og meget rødt lyspunkt meget nær (med 0,8 bue vinkelafstand) en brun dværggenstand, betegnet 2MASSWJ1207334-393254. Også kendt som "2M1207", dette er en "mislykket stjerne", dvs. et legeme, der er for lille til, at større kernefusionsprocesser har antændt i dets indre og nu producerer energi ved sammentrækning. Det er medlem af TW Hydrae stjerneforeningen beliggende i en afstand af ca. 230 lysår. Opdagelsen blev gjort med det adaptive-optiske understøttede NACO-anlæg [3] ved 8,2 m VLT Yepun-teleskopet ved ESO Paranal Observatory (Chile).
Det svage objekt er mere end 100 gange svagere end 2M1207, og dets næsten infrarøde spektrum blev opnået med stor indsats i juni 2004 af NACO, ved den tekniske grænse for den magtfulde facilitet. Dette spektrum viser underskrifterne af vandmolekyler og bekræfter, at genstanden skal være relativt lille og lys.
Ingen af de tilgængelige observationer modsiger, at det kan være en exoplanet i kredsløb omkring 2M1207. Under hensyntagen til de infrarøde farver og spektraldataene peger evolutionsmodelberegninger på en planet med 5 jupitermasser i kredsløb omkring 2M1207. Stadig tillader de endnu ikke en klar beslutning om den virkelige natur af dette spændende objekt. Således henviser astronomerne til det som en "Giant Planet Candidate Companion (GPCC)" [4].
Der vil nu blive iværksat observationer for at undersøge, om bevægelsen i himlen på GPCC er forenelig med en planet, der kredser om 2M1207. Dette skulle være tydeligt inden for 1-2 år.
Bare en plet af lys
Siden 1998 studerer et team af europæiske og amerikanske astronomer [2] miljøet for unge, nærliggende ”stjerneforeninger”, dvs. store konglomerater af for det meste unge stjerner og støv- og gasskyer, som de for nylig blev dannet fra.
Stjernerne i disse foreninger er ideelle mål for direkte afbildning af under-stjernede ledsagere (planeter eller brune dværggenstande). Lederen af teamet, ESO-astronom Gael Chauvin bemærker, at "uanset deres art, understjernede genstande er meget varmere og lysere, når de er unge - titusinder af millioner år - og derfor lettere kan opdages end ældre objekter med lignende masse".
Holdet fokuserede især på undersøgelsen af TW Hydrae Association. Det er placeret i retning af stjernebilledet Hydra (Vand-slangen) dybt nede i den sydlige himmel, i en afstand af omkring 230 lysår. Til dette brugte de NACO-anlægget [3] ved det 8,2 m lange VLT Yepun-teleskop, et af de fire gigantiske teleskoper ved ESO Paranal Observatory i det nordlige Chile. Instrumentets adaptive optik (AO) overvinder forvrængningen induceret af atmosfærisk turbulens og producerer ekstremt skarpe nærinfrarøde billeder. Den infrarøde bølgefrontesensor var en væsentlig komponent i AO-systemet til succes for disse observationer. Dette unikke instrument fornemmer deformationen af det næsten infrarøde billede, dvs. i et bølgelængdeområde, hvor genstande som 2M1207 (se nedenfor) er meget lysere end i det synlige interval.
TW Hydrae Association indeholder en stjerne med en kredsende brun dværgkompis, cirka 20 gange Jupiters masse og fire stjerner omgivet af støvede proto-planetariske diske. Brune dværggenstande er "mislykkede stjerner", dvs. organer, der er for små til at nukleare processer har antændt i deres indre og nu producerer energi ved sammentrækning. De udsender næsten intet synligt lys. Som solen og de gigantiske planeter i solsystemet er de hovedsageligt sammensat af brintgas, måske med hvirvlende skyebælter.
På en række eksponeringer foretaget gennem forskellige optiske filtre opdagede astronomerne en lille rød plet af lys, kun 0,8 bue fra TW Hydrae Association brun-dværgobjekt 2MASSWJ1207334-393254, eller bare “2M1207”, jf. Pkt. PR-foto 26a / 04. Det svage billede er mere end 100 gange svagere end på 2M1207. ”Hvis disse billeder var opnået uden adaptiv optik, ville dette objekt ikke være blevet set,” siger Gael Chauvin.
Christophe Dumas, et andet medlem af teamet, er begejstret: ”Spændingen ved at se denne svage lyskilde i realtid på instrumentdisplayet var utroligt. Selvom det helt sikkert er meget større end et objekt i jordstørrelse, er det en mærkelig følelse af, at det virkelig kan være det første planetesystem ud over vores egen, der nogensinde er afbildet. ”
Eksoplanet eller brun dværg?
Hvad er arten af dette svage objekt [4]? Kunne det være en eksoplanet i kredsløb omkring den unge, brune dværggenstand i en forventet afstand på ca. 8.250 millioner km (ca. dobbelt så lang afstand som mellem Solen og Neptun)?
”Hvis kandidatens ledsager af 2M1207 virkelig er en planet, ville dette være første gang, at der tages en gravitationelt bundet exoplanet omkring en stjerne eller en brun dværg,” siger Benjamin Zuckerman fra UCLA, et medlem af teamet og også fra NASAs Astrobiologi Institut.
Ved hjælp af spektroskopi med høj vinkelopløsning med NACO-anlægget har teamet bekræftet substellarstatus for dette objekt - nu omtalt som ”Giant Planet Candidate Companion (GPCC)” - ved at identificere brede vandbåndabsorptioner i dets atmosfære, jf. . PR-foto 26b / 04.
Spektret af en ung og varm planet - som GPCC godt kan være - vil have stærke ligheder med en ældre og mere massiv genstand som en brun dværg. Når det afkøles efter nogle få millioner af år, vil en sådan genstand imidlertid vise de spektrale underskrifter af en kæmpe gasformig planet som dem i vores eget solsystem.
Selvom spektret af GPCC er ret "støjende" på grund af dets besvimelse, var teamet i stand til at tildele det en spektral karakterisering, der udelukker en mulig forurening med ekstra-galaktiske genstande eller sejlige sejlige stjerner med unormalt infrarødt overskud, placeret ud over brun dværg.
Efter en meget omhyggelig undersøgelse af alle muligheder fandt teamet, at selv om dette statistisk er meget usandsynligt, er muligheden for, at dette objekt kan være en ældre og mere massiv, forgrund eller baggrund, kølig brun dværg ikke helt udelukket. Den relaterede detaljerede analyse er tilgængelig i det resulterende forskningsdokument, der er blevet accepteret til offentliggørelse i det europæiske tidsskrift Astronomy & Astrophysics (se nedenfor).
Konsekvenser
Den brune dværg 2M1207 har cirka 25 gange massen af Jupiter og er således ca. 42 gange lettere end Solen. Som medlem af TW Hydrae-foreningen er den omkring otte millioner år gammel.
Fordi vores solsystem er 4.600 millioner år gammelt, er der ingen måde at direkte måle, hvordan Jorden og andre planeter dannede sig i løbet af de første titusinder af år efter dannelsen af Solen. Men hvis astronomer kan studere nærområdet til unge stjerner, som nu kun er titusinder af millioner af år gamle, vil de ved at være vidne til en række forskellige planetariske systemer, der nu dannes, kunne forstå meget mere nøjagtigt vores egne fjerne oprindelser.
Anne-Marie Lagrange, medlem af teamet fra Grenoble-observatoriet (Frankrig), ser mod fremtiden: ”Vores opdagelse repræsenterer et første skridt mod åbning af et helt nyt felt inden for astrofysik: billeddannelsen og spektroskopisk undersøgelse af planetariske systemer. Sådanne undersøgelser vil gøre det muligt for astronomer at karakterisere den fysiske struktur og den kemiske sammensætning af gigantiske og i sidste ende terrestriske lignende planeter. ”
Opfølgningsobservationer
Under hensyntagen til de infrarøde farver og de spektrale data, der er tilgængelige for GPCC, peger evolutionsmodelberegninger på en planet med 5 jupitermasse, der er cirka 55 gange fjernere fra 2M1207 end Jorden er fra Solen (55 AU). Overfladetemperaturen ser ud til at være ca. 10 gange varmere end Jupiter, ca. 1000 ° C; dette forklares let med den mængde energi, der skal frigøres under den nuværende sammentrækningshastighed for denne unge genstand (faktisk producerer den meget ældre gigantiske planet Jupiter stadig energi i sit indre).
Astronomerne vil nu fortsætte deres forskning for at bekræfte eller benægte, om de faktisk har opdaget en exoplanet. I løbet af de næste par år forventer de at etablere over enhver tvivl om, hvorvidt genstanden virkelig er en planet i kredsløb omkring den brune dværg 2M1207 ved at se, hvordan de to objekter bevæger sig gennem rummet og for at lære, om de bevæger sig sammen eller ej. De vil også måle GPCC's lysstyrke ved flere bølgelængder, og der kan forsøges mere spektrale observationer.
Der er ingen tvivl om, at fremtidige programmer til billedeksoplaneter omkring stjerner i nærheden, enten fra jorden med ekstremt store teleskoper udstyret med specielt designet adaptiv optik eller fra rummet med specielle planet-finder-teleskoper, i høj grad vil drage fordel af de nuværende teknologiske resultater.
Mere information
Resultaterne præsenteret i denne ESO-pressemeddelelse er baseret på et forskningsdokument ("En kæmpe planetkandidat i nærheden af en ung brun dværg" af G. Chauvin et al.), Der er blevet accepteret til offentliggørelse og snart vises i det førende forskningstidsskrift " Astronomi og astrofysik ”. En forudtryk fås her.
Noter
[1]: Denne pressemeddelelse udstedes samtidig af ESO og CNRS (på fransk).
[2]: Holdet består af Gael Chauvin og Christophe Dumas (ESO-Chile), Anne-Marie Lagrange og Jean-Luc Beuzit (LAOG, Grenoble, Frankrig), Benjamin Zuckerman og Inseok Song (UCLA, Los Angeles, USA), David Mouillet (LAOMP, Tarbes, Frankrig) og Patrick Lowrance (IPAC, Pasadena, USA). De amerikanske medlemmer af teamet anerkender delvis finansiering af NASAs Astrobiology Institute.
[3]: NACO-anlægget (fra NAOS / Nasmyth Adaptive Optics System og CONICA / Near-Infrared Imager og Spektrograf) på 8,2 m VLT Yepun-teleskopet på Paranal giver mulighed for at producere diffraktionsbegrænsede nærinfrarøde billeder af astronomiske objekter . Det registrerer strålingen i dette bølgelængdeområde med N90C10 dikroisk; 90 procent af fluxen overføres til bølgefrontsensoren og 10 procent til det næsten-infrarøde kamera CONICA. Denne tilstand er især nyttig til skarp billeddannelse af røde og meget lave masse-stellare eller substellære objekter. Den adaptive optik-korrektion (NAOS) blev bygget under en ESO-kontrakt af Office National d'Etudes et de Recherches A? Rospatiales (ONERA), Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) og LESIA- og GEPI-laboratorierne i Observatoire de Paris i Frankrig i samarbejde med ESO. CONICA-kameraet blev bygget under en ESO-kontrakt af Max-Planck-Institut f? R Astronomie (MPIA) (Heidelberg) og Max-Planck Institut f? R extraterrestrische Physik (MPE) (Garching) i Tyskland i samarbejde med ESO.
[4]: Hvad er forskellen mellem en lille brun dværg og en exoplanet? Grænsen mellem de to undersøges stadig, men det ser ud til, at en brun dværggenstand dannes på samme måde som stjerner, dvs. ved sammentrækning i en interstellar sky, mens planeter dannes inden for stabile cirkumstellariske diske via kollision / akkretion af planetesimaler eller disk ustabilitet. Dette indebærer, at brune dværge dannes hurtigere (mindre end 1 million år) end planeter (~ 10 millioner år). En anden måde at adskille de to slags objekter på er af masse (da dette også gøres mellem brune dværge og stjerner): (kæmpe) planeter er lettere end omkring 13 jupiter-masser (den kritiske masse, der er nødvendig for at antænde deuteriumfusion), brune dværge er tungere. Desværre kan den første definition ikke bruges i praksis, fx når detekteres en svag ledsager som i den foreliggende sag, da observationer ikke giver information om den måde objektet blev dannet på. Tværtimod er ovennævnte massekriterium nyttigt i den forstand, at spektroskopi og astrometri af et svagt objekt sammen med de relevante evolutionære modeller kan afsløre massens og dermed arten af objektet.
Original kilde: ESO News Release
