Takket være det kraftfulde nye højkontrastkamera, der er installeret på Very Large Telescope, er der fået fotos af en ledsager i en masse, der ligger meget tæt på en stjerne. Dette har givet astronomer mulighed for direkte at måle massen af et ungt objekt med meget lav masse for første gang.
Objektet, mere end 100 gange svagere end dets værtstjerne, er stadig 93 gange så massivt som Jupiter. Og det ser ud til at være næsten dobbelt så tungt, som teorien forudsiger det.
Denne opdagelse antyder derfor, at astronomer på grund af fejl i modellerne måske har overvurderet antallet af unge ”brune dværge” og ”frit flydende” ekstrasolære planeter.
En vindende kombination
En stjerne kan karakteriseres ved mange parametre. Men den ene er yderst vigtig: dens masse. Det er massen af en stjerne, der bestemmer dens skæbne. Det er således ingen overraskelse, at astronomer er ivrige efter at få et nøjagtigt mål for denne parameter.
Dette er dog ikke en let opgave, især for de mindst massive, dem ved grænsen mellem stjerner og brune dværggenstande. Brune dværge, eller "mislykkede stjerner", er genstande, der er op til 75 gange mere massive end Jupiter, for små til, at større kernefusionsprocesser kan antændes i dets indre.
For at bestemme massen af en stjerne ser astronomer generelt på bevægelsen af stjerner i et binært system. Og anvend derefter den samme metode, der gør det muligt at bestemme jordens masse, kende månens afstand og den tid det tager for sin satellit at fuldføre en fuld bane (den såkaldte “Keplers tredje lov”). På samme måde har de også målt solens masse ved at kende afstanden mellem Jorden og Solen og tiden - et år - det tager vores planet at tage en tur rundt om Solen.
Problemet med objekter med lav masse er, at de er meget svage og ofte vil blive skjult i blændingen fra den lysere stjerne, de kredser om, også når de ses i store teleskoper.
Astronomer har dog fundet måder at overvinde denne vanskelighed. Til dette er de afhængige af en kombination af en velovervejet observationsstrategi med avancerede instrumenter.
Kamera med høj kontrast
Først ser astronomer, der søger efter objekter med meget lav masse, på unge stjerner i nærheden, fordi ledsagere med lav masse vil være lysest, mens de er unge, inden de trækker sig sammen og køler af.
I dette særlige tilfælde studerede et internationalt team af astronomer [1] ledet af Laird Close (Steward Observatory, University of Arizona) stjernen AB Doradus A (AB Dor A). Denne stjerne ligger omkring 48 lysår væk og er "kun" 50 millioner år gammel. Fordi placeringen på himmelen til AB Dor A "vingler" på grund af tyngdekraften af en stjerne-lignende genstand, blev det trods siden de tidlige 1990'ere, at AB Dor A skal have en ledsager med en masse.
For at fotografere denne ledsager og få et omfattende sæt data om det, brugte Close og hans kolleger et nyt instrument på Det Europæiske Sydlige Observatoriums Very Large Telescope. Dette nye adaptive optik-kamera med høj kontrast, NACO Simultaneous Differential Imager, eller NACO SDI [2], blev specifikt udviklet af Laird Close og Rainer Lenzen (Max-Planck-Institut for Astronomi i Heidelberg, Tyskland) til jagt på ekstrasolære planeter. SDI-kameraet forbedrer VLT'ens evne og dets adaptive optiksystem til at registrere svage ledsagere, der normalt ville gå tabt i den primære stjernes blænding.
En verdenspremiere
Ved at dreje dette kamera mod AB Dor A i februar 2004 kunne de for første gang forestille sig en følgesvend så svag - 120 gange svagere end dens stjerne - og så tæt på dens stjerne.
Markus Hartung (ESO), medlem af teamet, siger: ”Denne verdenspremiere var kun mulig på grund af de unikke muligheder for NACO SDI-instrumentet på VLT. Faktisk prøvede Hubble-rumteleskopet, men kunne ikke opdage ledsageren, da det var for svagt og for tæt på den primære stjernes blænding. ”
Den lille afstand mellem stjernen og den svage ledsager (0,156 bue) er den samme som bredden på en 1-euromønt (2,3 cm), når man ser 20 km væk. Kameraten, kaldet AB Dor C, blev set i en afstand af 2,3 gange den gennemsnitlige afstand mellem Jorden og Solen. Den afslutter en cyklus omkring sin værtstjerne på 11,75 år på en ret excentrisk bane.
Ved hjælp af ledsagerens nøjagtige placering sammen med stjernens kendte 'wobble' kunne astronomerne derefter nøjagtigt bestemme ledsagerens masse. Objektet, mere end 100 gange svagere end dets nære primære stjerne, har en tiendedel af massen af sin værtsstjerne, dvs. det er 93 gange mere massivt end Jupiter. Det er således lidt over den brune dværggrænse.
Brug af NACO på VLT, astronomerne observerede yderligere AB Dor C ved næsten infrarøde bølgelængder for at måle dens temperatur og lysstyrke.
”Vi blev overrasket over at finde ud af, at ledsageren var 400 grader (Celsius) køligere og 2,5 gange svagere, end de nyeste modeller forudsiger et objekt med denne masse,” sagde Close.
”Teori forudsiger, at denne lave masse, cool genstand ville være omkring 50 Jupiter-masser. Men teori er ukorrekt: dette objekt er faktisk mellem 88 til 98 Jupiter-masser. ”
Disse nye fund udfordrer derfor de nuværende ideer om den brune dværgbestand og den mulige eksistens af udbredte ”fritflydende” ekstrasolære planeter.
Faktisk, hvis unge objekter, der hidtil er identificeret som brune dværge, er dobbelt så massive, som man troede, skal mange snarere være stjerner med lav masse. Og genstande, der for nylig er identificeret som “fritflydende” planeter, er til gengæld sandsynligvis brune dværge med lav masse.
For Close og hans kolleger "vil denne opdagelse tvinge astronomer til at overveje, hvad masserne af de mindste genstande produceret i naturen virkelig er."
Mere information
Arbejdet, der præsenteres her, vises som et brev i 20. januar-nummeret af Nature ("En dynamisk kalibrering af masseforstyrrelsesrelationen ved meget lave stjernemasser og unge aldre" af L. Close et al.).
Noter
[1]: Holdet er sammensat af Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek og Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen og Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Tyskland), Jose C. Guirado (Valencia-universitetet, Spanien) og Markus Hartung og Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: NACO SDI-kameraet er en unik type kamera, der bruger adaptiv optik, der fjerner sløringseffekten af Jordens atmosfære for at producere ekstremt skarpe billeder. SDI opdeler lys fra en enkelt stjerne i fire identiske billeder og passerer derefter de resulterende stråler gennem fire lidt forskellige (metanfølsomme) filtre. Når de filtrerede lysstråler rammer kameraets detektorarray, kan astronomer trække billederne så den lyse stjerne forsvinder og afslører en svagere, køligere genstand, der ellers er skjult i stjernens spredte lys-glorie ("blænding"). Unikke billeder af Saturns satellit Titan opnået tidligere med NACO SDI blev offentliggjort i ESO PR 09/04.
Original kilde: ESO News Release
