Billedkredit: Gemini
Takket være det adaptive optiksystem fra Gemini-observatoriet har astronomer været i stand til at opdage en brun dværg, der kredser om en stjerne kun tre gange afstanden fra Jorden til Solen. Dette nyopdagede par, LHS 2397a, ligger kun 46 lysår fra Jorden og er den nærmeste adskillelse af en binær stjerne nogensinde blevet afdækket. Det Hawaii-baserede Gemini-teleskop er så kraftfuldt, fordi det bruger et fleksibelt spejl, der modvirker slør, der er forårsaget af jordens atmosfære.
Astronomer, der bruger adaptiv optik-teknologi på Gemini-nordteleskopet, har observeret en brun dværg, der kredser om en lavmassestjerne i en afstand, der kan sammenlignes med kun tre gange afstanden mellem Jorden og Solen. Dette er den nærmeste adskillelsesafstand, der nogensinde er fundet for denne type binære system ved hjælp af direkte billeddannelse.
Det rekordstore fund er kun et af et dusin letvægts binære systemer observeret i undersøgelsen. Sammen giver de et nyt perspektiv på dannelsen af stjernernes systemer, og hvordan mindre kroppe i universet (inklusive store planeter) kan danne sig.
"Ved at bruge Gemini's avancerede billeddannelsesfunktioner var vi i stand til klart at løse dette binære par, hvor afstanden mellem den brune dværg og dens overordnede stjerne kun er cirka dobbelt så lang afstand fra Mars fra solen," sagde teammedlem Melanie Freed, en kandidatstuderende på University of Arizona i Tucson. Med en anslået masse på 38-70 gange massen af Jupiter, er den nyligt identificerede brune dværg placeret kun tre gange Sol-Jord-afstanden (eller 3.0 astronomiske enheder) fra sin moderstjerne. Stjernen, kendt som LHS 2397a, ligger kun 46 lysår fra Jorden. Bevægelsen af dette objekt på himlen indikerer, at det er en gammel, meget lav masse.
Den forrige billeddannelsesrekord for den nærmeste afstand mellem en brun dværg og dens forælder (en meget lysere, sollignende stjerne) var næsten fem gange større ved 14 AU. Én astronomisk enhed (AU) er lig med den gennemsnitlige afstand mellem Jorden og Solen eller ca. 150 millioner kilometer (93 millioner miles).
Ofte portrætteret som "mislykkede stjerner" er brune dværge større end kæmpe planeter som Jupiter, men deres individuelle masser er mindre end 8% af solens masse (75 Jupiter-masser), så de er ikke massive nok til at skinne som en stjerne. Brune dværge ses bedst i den infrarøde, fordi overfladevarmen frigives, når de langsomt trækker sig sammen. Påvisning af brune dværgkammerater inden for 3 AU af en anden stjerne er et vigtigt skridt i retning af afbildning af massive planeter omkring andre stjerner.
Dette team fra University of Arizona ledet af Dr. Laird Close brugte Gemini North Telescope til at opdage elleve andre ledsagere, og antydede, at disse binære par med lav masse muligvis er ganske almindelige. Opdagelsen af så mange par med lav masse var en overraskelse i betragtning af argumentet om, at de fleste meget lavmasse stjerner og brune dværge blev antaget at være solo-genstande, der vandrer gennem pladsen alene, efter at de blev kastet ud af deres stjerneklinikker under stjerneformationsprocessen.
"Vi har afsluttet den første adaptive optikbaserede undersøgelse af stjerner med ca. 1/10 af Solens masse, og vi fandt, at naturen ikke diskriminerer stjerner med lav masse, når det kommer til at fremstille stramme binære par," sagde Close, en assistent professor i astronomi ved University of Arizona. Dr. Close er hovedforfatter på et papir, der præsenteres i dag på Brown Dwarfs International Astronomical Union Symposium i Kona, Hawaii, og han er den vigtigste efterforsker af lavmasse-stjerneundersøgelsen.
Holdet kiggede på 64 lavmassestjerner (oprindeligt identificeret af John Gizis fra University of Delaware), som syntes at være solo-stjerner i billederne i den lavere opløsning fra den 2MASS-infrarøde undersøgelse med alle himmel. Når teamet brugte adaptiv optik på Gemini til at gøre billeder, der var ti gange skarpere, blev tolv af disse stjerner afsløret for at have nære ledsagere. Overraskende fandt Close's team, at adskillelsesafstanderne mellem stjernerne i lavmassen og deres ledsagere var betydeligt mindre end forventet.
”Vi finder, at ledsagere til stjerner med lav masse er typisk kun 4 AU fra deres primære stjerner, dette er overraskende tæt sammen,” sagde teammedlem Nick Siegler, en kandidatstuderende fra University of Arizona. "Mere massive binære filer har typiske adskillelser tættere på 30 AU, og mange binære filer er meget bredere end dette." De nye Gemini-observationer, sagde Close, “indebærer stærkt, at stjerner med lav masse ikke har ledsagere, der er langt fra deres primære.” Lignende resultater blev tidligere fundet af et hold ledet af Dr. Eduardo L. Martin fra University of Hawaii Institute for Astronomy i en undersøgelse af 34 stjerner med meget lav masse og brune dværge i Pleiades-klyngen udført med Hubble-rumteleskopet. Disse to undersøgelser viser sammen tydeligt, at der er en spændende mangel på brune dverge ved adskillelser større end 20 AU fra meget lavmasse stjerner og andre brune dverge.
Holdet projicerer, at en ud af hver fem lavmasse stjerner har en ledsager med en adskillelse i intervallet (3-200 AU). Inden for dette adskillelsesområde har astronomer observeret en lignende frekvens af mere massive stjernekammerater omkring større sollignende stjerner.
Set som en helhed antyder disse nye resultater, at (i modsætning til teorien) kan der dannes lavmasse-binærstoffer i en proces, der ligner processen for mere massive binære grupper. Faktisk tilføjer denne konstatering voksende bevis fra andre grupper om, at procentdelen af binære systemer er ens for organer, der spænder fra en solmasse til så lidt som 0,05 solmasser (eller 52 gange Jupiters masse). For eksempel er en gruppe ledet af Neill Reid fra Space Telescope Science Institute og University of Pennsylvania nået til en lignende konklusion med en mindre prøve på 20 endnu lavere masser stjerner og brune dværge observeret med Hubble Space Telescope.
At stjerner med lav masse har nogen lavmasse brune dværgkammerater inden for 5 AU, er også overraskende, fordi det nøjagtige modsætning er sandt omkring sollignende stjerner. Meget få sollignende stjerner har brune dværgkammerater inden for denne afstand ifølge undersøgelser af radial hastighed. ”Denne mangel på brune dværgkammerater inden 5 AU af sollignende stjerner er blevet kaldt den” brune dværgørken ”,” bemærkede Close. ”Vi ser dog, at der sandsynligvis ikke er nogen brun dværgørken omkring stjerner med lav masse.”
Disse resultater udgør vigtige begrænsninger for teoretikere, der arbejder for at forstå, hvordan en stjernes masse påvirker massen og adskillelsesafstanden for de ledsagere, der dannes med den. ”Enhver nøjagtig model for dannelse af stjerne og planet skal gengive disse observationer,” sagde Close.
Disse observationer var kun mulige på grund af kombinationen af University of Hawaiis unikt følsomme Hokupa´s adaptive optiske billeddannelsessystem og den tekniske ydelse fra Gemini-teleskoper. Hokupa’a-systemfølsomheden skyldes kurvaturet bølgefront-sensing-koncept udviklet af Dr. Francois Roddier. Adaptiv optik er en stadig vigtigere teknologi, der eliminerer det meste af "sløret" forårsaget af turbulensen i jordens atmosfære (dvs. stjernernes blinkende). Det gør dette ved hurtigt at justere formen på et specielt, mindre fleksibelt spejl til at matche lokal turbulens, baseret på realtidsfeedback til spejlets støttesystem fra observationer af lavmassestjernen. Hokupa’a kan tælle individuelle fotoner (lyspartikler) og kan således skærpe nøjagtigt endda meget svage (dvs. lavmasse) stjerner.
De nær-infrarøde adaptive optikbilleder, der blev lavet af det 8 meter store Gemini-teleskop i denne undersøgelse, var dobbelt så skarpe som dem, der kan laves på de samme bølgelængder ved hjælp af det jorden kredsende, 2,4 meter store Hubble-rumteleskop. Den eneste jordbaserede undersøgelse af sin art, dette arbejde krævede fem nætter over et år med Hokupa’a-systemet i Gemini North.
Det er vigtigt at bemærke, at de her anvendte afstande er som målt på himlen. De virkelige kredsløbsseparationer kan være lidt større, når hele binærbanens fulde bane er kendt i fremtiden.
Andre medlemmer af videnskabsteamet inkluderer James Liebert (Steward Observatory, University of Arizona), Wolfgang Brandner (European Southern Observatory, Garching, Tyskland) og Eduardo Martin og Dan Potter (Institute for Astronomy, University of Hawaii).
Observationer rapporteret her er del af en igangværende undersøgelse. De første resultater fra de første 20 lavmassestjerner i vores undersøgelse blev offentliggjort i 1. marts 2002-udgaven af The Astrophysical Journal Letters vol 567 Pages L53-L57.
Billeder og illustrationer relateret til denne nyhedsmeddelelse er tilgængelige på Internettet på: http://www.gemini.edu/media/images_2002-7.html.
Laird Close kan kontaktes på 520 / 626-5992, [beskyttet via e-mail], efter at han vender tilbage til sit kontor den 28. maj.
Denne undersøgelse blev delvist støttet af U.S. Air Force Office of Scientific Research og University of Arizona's Steward Observatory. Hokupa’a støttes af University of Hawaii Adaptive Optics Group og National Science Foundation.
Gemini-observatoriet er et internationalt samarbejde, der har bygget to identiske 8-meter-teleskoper. Teleskopene er placeret ved Mauna Kea, Hawaii (Gemini North) og Cerro Pachin i det centrale Chile (Gemini South), og giver derfor fuld dækning af begge halvkugler i himlen. Begge teleskoper indeholder nye teknologier, der gør det muligt for store, relativt tynde spejle under aktiv kontrol at opsamle og fokusere både optisk og infrarød stråling fra rummet.
Gemini-observatoriet giver de astronomiske samfund i hvert partnerland avancerede astronomiske faciliteter, der tildeler observationstid i forhold til hvert lands bidrag. Ud over økonomisk støtte bidrager hvert land også med betydelige videnskabelige og tekniske ressourcer. De nationale forskningsbureauer, der udgør Gemini-partnerskabet, inkluderer: US National Science Foundation (NSF), Det Forenede Kongerige Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), det canadiske nationale forskningsråd (NRC), den chilenske Comisi? N Nacional de Investigaci? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), det australske forskningsråd (ARC), det argentinske Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) og den brasilianske Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico (CNPq ). Observatoriet ledes af Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) under en samarbejdsaftale med NSF. NSF fungerer også som udøvende agentur for det internationale partnerskab.
For mere information, se Gemini-webstedet: http://www.us-gemini.noao.edu/media/.
Originalkilde: Gemini News Release
