Billedkredit: ESO
Ved hjælp af ESOs Very Large Telescope i Paranal og en pakke med jord- og rumbaserede teleskoper i en fire år lang undersøgelse har et internationalt team af astronomer for første gang målt massen af en ultra-cool stjerne og dens ledsager brun dværg . De to stjerner danner et binært system og kredser om hinanden på cirka 10 år.
Holdet opnåede højopløsning nær-infrarøde billeder; på jorden besejrede de sløringseffekten af den jordiske atmosfære ved hjælp af adaptive optik-teknikker. Ved præcist at bestemme den bane, der blev projiceret på himlen, var astronomerne i stand til at måle stjernenes samlede masse. Yderligere data og sammenligning med stjernemodeller giver derefter massen af hver af komponenterne.
Den tyngre af de to stjerner har en masse omkring 8,5% af solens masse, og dens brune dværgkompis er endnu lysere, kun 6% af solmassen. Begge genstande er relativt unge med en alder på ca. 500-1.000 millioner år.
Disse iagttagelser repræsenterer et afgørende skridt hen imod den stadig manglende kalibrering af stjernernes evolutionsmodeller for stjerner med meget lav masse.
Telefonnummer stjerne
Selvom astronomer har fundet flere hundrede stjerner med meget lav masse og brune dværge, er de grundlæggende egenskaber ved disse ekstreme genstande, såsom masser og overfladetemperaturer, stadig ikke kendt. I den kosmiske zoologiske have repræsenterer disse ultra-cool stjerner en klasse af "mellemliggende" objekter mellem gigantiske planeter - som Jupiter - og "normale" stjerner, der er mindre massive end vores sol, og at forstå dem godt er derfor afgørende for området for stellar astrofysik .
Problemet med disse ultra-cool stjerner er, at i modsætning til normale stjerner, der brænder brint i deres centrale kerne, eksisterer der ingen unik relation mellem stjernens lysstyrke og dens masse. Faktisk afhænger lysstyrke og overfladetemperatur for ultra-cool dværgstjerner både af deres alder og deres masse. En ældre, noget mere massiv ultra-cool dværg kan således have nøjagtigt den samme temperatur som en yngre, mindre massiv.
Det er derfor et grundlæggende mål for moderne astrofysik at uafhængigt opnå masserne af en ultra-cool dværgstjerne. Dette er i princippet muligt ved at studere sådanne objekter, der er medlemmer i et binært system.
Dette er netop, hvad et internationalt team af astronomer nu har gjort i en fire år lang undersøgelse af et binært stjernesystem med en ultra-cool dværgstjerne ved hjælp af en overflod af top-teleskopfaciliteter, herunder ESOs Very Large Telescope samt Keck Jeg og Gemini North på Hawaii og også Hubble-rumteleskopet. Dette system - med telefonnummeret 2MASSW J0746425 + 2000321 - er placeret i en afstand af 40 lysår.
Astronomerne brugte billedbehandling med høj vinkelopløsning for at se begge stjerner i det binære system og til at måle deres bevægelse over en fireårsperiode. Dette siges dog lettere end gjort, da adskillelsen på himlen mellem de to stjerner er ret lille: mellem 0,13 og 0,22 bue. Dette svarer til størrelsen på en 1-euromønt, set i en afstand af ca. 25 km.
Denne adskillelse er så lille, at det normalt ikke er muligt at differentiere de to stjerner på grund af den uskarpe virkning af atmosfærisk turbulens (”ser”). Det er derfor nødvendigt at bruge teknikken for adaptiv optik. Denne vidunderlige metode er baseret på måling af billedkvalitet i realtid og sender tilsvarende korrigerende signaler op til 100 gange hvert sekund til et lille deformerbart spejl, der er placeret foran detektoren. Når spejlet kontinuerligt ændrer sin form, neutraliseres den forstyrrende virkning af turbulensen. Anvendt på VLT har denne teknik resulteret i billeder, der er mindst ti gange skarpere end "at se", og som derfor viser mange flere detaljer i de observerede objekter.
Ved Very Large Telescope brugte astronomerne det nyeste adaptive optiske NACO-instrument. Siger Herv? Bouy, hovedforfatter af papiret, der præsenterer de resultater, der er beskrevet her: ”NACO giver mulighed for at arbejde i det infrarøde og er derfor ideelt egnet til undersøgelse af ultra-cool stjerner, der udsender det meste af deres lys i dette bølgelængdeområde. Med kombinationen af den høje effektivitet af NACO og VLT og de fremragende atmosfæriske forhold, der hersker i Paranal, var vi i stand til at opnå meget skarpe billeder af dette binære stjernesystem, næsten lige så godt som hvis teleskopet var placeret i rummet. ”
Ultra-cool og på diæt
I løbet af deres fire år lange undersøgelse blev syv forskellige relative positioner af de to komponenter i det binære system målt og Herv? Bouy og hans medarbejdere var i stand til med god præcision at bestemme de stjernebane. De finder ud af, at de to stjerner kredser om hinanden en gang hvert 10. år, og at deres fysiske adskillelse kun er 2,5 gange afstanden fra Jorden til Solen - som astronomer siger, 2.5 Astronomiske enheder. Ved hjælp af Keplers love er det derefter let at udlede systemets samlede masse. Den opnåede værdi er mindre end 15% af solens masse.
Astronomerne brugte derefter de fotometriske data for hver stjerne opnået i flere bølgebånd såvel som spektre opnået med Hubble-rumteleskopet til at studere de to objekter mere detaljeret. Ved hjælp af de nyeste stjernemodeller fra gruppen af Ecole Normale Sup? Rieure de Lyon fandt de, at begge stjerner har nogenlunde den samme overfladetemperatur, omkring 1500 ° C (1800 K). For en stjerne er dette faktisk meget køligt - til sammenligning er solens overfladetemperatur mere end tre gange højere.
Ved hjælp af teoretiske modeller fandt teamet også, at de to stjerner er temmelig unge (i astrofysiske termer) - deres alder er kun mellem 500 og 1.000 millioner år. Den mere massive af de to har en masse mellem 7,5 og 9,5% solens masse, mens dens ledsager har en masse mellem 5 og 7% af solmassen.
Objekter, der vejer mindre end ca. 7% af vores sol, er på forskellige måder blevet kaldt ”Brown Dwarfs”, “Failed Stars” eller “Super Planets”. Faktisk, da de ikke har nogen vedvarende energiproduktion ved termiske nukleare reaktioner i deres indre, er mange af deres egenskaber mere ligner dem af kæmpe gasplaneter i vores eget solsystem, såsom Jupiter, end med stjerner som Solen.
Systemet 2MASSW J0746425 + 2000321 består således tilsyneladende af en brun dværg, der kredser om en lidt mere massiv ultra-cool dværgstjerne. Det er en ægte "Rosetta-sten" i det nye felt med lavmasterstjerne-astrofysik, og yderligere undersøgelser vil helt sikkert give mere værdifuld information om disse objekter i overgangszonen mellem stjerner og planeter.
Original kilde: ESO News Release
