Een onderzoekspaper van een internationaal team van astronomen [2] biedt goede argumenten, maar het definitieve antwoord wacht nu op verdere observaties.
Astronomische beelden hebben de afgelopen jaren verschillende keren vage voorwerpen onthuld, die te zien waren in de buurt van veel helderdere sterren. Van sommige hiervan werd gedacht dat ze die van exoplaneten in een baan waren, maar na verder onderzoek kon geen van hen de echte test weerstaan. Sommigen bleken zwakke stellaire metgezellen, anderen waren totaal niet-verwante achtergrondsterren. Deze kan heel anders zijn.
In april van dit jaar ontdekte het team van Europese en Amerikaanse astronomen een zwak en zeer rood lichtpunt vlakbij (op een hoek van 0,8 boogsec) een bruin-dwergobject, aangeduid als 2MASSWJ1207334-393254. Ook wel bekend als "2M1207", dit is een "mislukte ster", d.w.z. een lichaam dat te klein is om grote kernfusieprocessen in het inwendige te laten ontbranden en nu energie produceert door contractie. Het is lid van de TW Hydrae-sterrenvereniging op een afstand van ongeveer 230 lichtjaar. De ontdekking werd gedaan met de door adaptieve optica ondersteunde NACO-faciliteit [3] bij de 8,2 m VLT Yepun-telescoop van de ESO Paranal Observatory (Chili).
Het zwakke object is meer dan 100 keer zwakker dan 2M1207 en het nabij-infraroodspectrum werd in juni 2004 met grote inspanningen verkregen door NACO, aan de technische limiet van de krachtige faciliteit. Dit spectrum toont de kenmerken van watermoleculen en bevestigt dat het object relatief klein en licht moet zijn.
Geen van de beschikbare observaties is in tegenspraak met het feit dat het mogelijk een exoplaneet in een baan om de aarde is rond 2M1207. Rekening houdend met de infraroodkleuren en de spectrale gegevens, wijzen evolutionaire modelberekeningen op een planeet met een massa van 5 jupiter in een baan rond de 2M1207. Toch staan ze nog geen duidelijke beslissing toe over de werkelijke aard van dit intrigerende object. Daarom noemen de astronomen het een "Giant Planet Candidate Companion (GPCC)" [4].
Er zullen nu waarnemingen worden gedaan om vast te stellen of de beweging in de lucht van GPCC compatibel is met die van een planeet die in een baan om 2M1207 draait. Dit moet uiterlijk binnen 1-2 jaar duidelijk worden.
Gewoon een lichtpuntje
Sinds 1998 bestudeert een team van Europese en Amerikaanse astronomen [2] de omgeving van jonge, nabijgelegen "stellaire associaties", d.w.z. grote conglomeraten van voornamelijk jonge sterren en de stof- en gaswolken waaruit ze recent zijn gevormd.
De sterren in deze associaties zijn ideale doelen voor de directe weergave van sub-stellaire metgezellen (planeten of bruine dwergobjecten). De leider van het team, ESO-astronoom Gael Chauvin merkt op dat "ongeacht hun aard, substellaire objecten veel heter en helderder zijn als ze jong zijn - tientallen miljoenen jaren - en daarom gemakkelijker kunnen worden gedetecteerd dan oudere objecten met een vergelijkbare massa".
Het team richtte zich vooral op de studie van de TW Hydrae Association. Het bevindt zich in de richting van het sterrenbeeld Hydra (De waterslang) diep in de zuidelijke hemel, op een afstand van ongeveer 230 lichtjaar. Hiervoor gebruikten ze de NACO-faciliteit [3] bij de 8,2 m VLT Yepun-telescoop, een van de vier gigantische telescopen van de ESO Paranal-sterrenwacht in het noorden van Chili. De adaptieve optiek (AO) van het instrument overwint de vervorming die wordt veroorzaakt door atmosferische turbulentie en produceert extreem scherpe nabij-infraroodbeelden. De infrarood wavefront-sensor was een essentieel onderdeel van het AO-systeem voor het succes van deze waarnemingen. Dit unieke instrument detecteert de vervorming van het nabij-infraroodbeeld, d.w.z. in een golflengtegebied waar objecten zoals 2M1207 (zie hieronder) veel helderder zijn dan in het zichtbare bereik.
De TW Hydrae Association bevat een ster met een rondlopende bruine dwerggezel, ongeveer 20 keer de massa van Jupiter, en vier sterren omgeven door stoffige proto-planetaire schijven. Bruine dwergobjecten zijn 'mislukte sterren', dat wil zeggen lichamen die te klein zijn om nucleaire processen in hun binnenste te hebben doen ontbranden en die nu energie produceren door contractie. Ze zenden bijna geen zichtbaar licht uit. Net als de zon en de gigantische planeten in het zonnestelsel bestaan ze voornamelijk uit waterstofgas, misschien met wervelende wolkengordels.
Bij een reeks belichtingen gemaakt met verschillende optische filters ontdekten de astronomen een klein rood lichtvlekje, slechts 0,8 boogseconden van het TW Hydrae Association bruin-dwergobject 2MASSWJ1207334-393254, of gewoon "2M1207", vgl. PR Foto 26a / 04. Het zwakke beeld is meer dan 100 keer zwakker dan dat van 2M1207. 'Als deze beelden waren verkregen zonder adaptieve optica, was dat object niet gezien', zegt Gael Chauvin.
Christophe Dumas, een ander lid van het team, is enthousiast: “Het was ongelooflijk om deze zwakke lichtbron in realtime op het instrumentdisplay te zien. Hoewel het zeker veel groter is dan een object op aarde, is het een vreemd gevoel dat het inderdaad het eerste planetaire systeem kan zijn voorbij ons eigen ooit in beeld gebrachte. '
Exoplanet of bruine dwerg?
Wat is de aard van dit zwakke object [4]? Zou het een exoplaneet in een baan rond dat jonge bruine dwergobject kunnen zijn op een geprojecteerde afstand van ongeveer 8,250 miljoen km (ongeveer tweemaal de afstand tussen de zon en Neptunus)?
"Als de kandidaat-metgezel van 2M1207 echt een planeet is, zou dit de eerste keer zijn dat een door zwaartekracht gebonden exoplaneet in beeld wordt gebracht rond een ster of een bruine dwerg", zegt Benjamin Zuckerman van UCLA, een lid van het team en ook van NASA's Astrobiology Instituut.
Met behulp van spectroscopie met hoge hoekresolutie met de NACO-faciliteit heeft het team de substellar-status van dit object, nu de "Giant Planet Candidate Companion (GPCC)" genoemd, bevestigd door brede waterbandabsorpties in zijn atmosfeer te identificeren, cf. . PR Foto 26b / 04.
Het spectrum van een jonge en hete planeet - zoals het GPCC misschien wel is - zal sterke overeenkomsten vertonen met een ouder en massiever object zoals een bruine dwerg. Als het echter na een paar tientallen miljoenen jaren afkoelt, zal zo'n object de spectrale handtekeningen van een gigantische gasvormige planeet laten zien, zoals die in ons eigen zonnestelsel.
Hoewel het spectrum van GPCC nogal "lawaaierig" is vanwege zijn zwakte, kon het team er een spectrale karakterisering aan toekennen die een mogelijke besmetting door extra-galactische objecten of laat-type koele sterren met een abnormaal infrarood overschot, gelegen buiten de bruine dwerg.
Na een zeer zorgvuldige bestudering van alle opties, ontdekte het team dat, hoewel dit statistisch gezien zeer onwaarschijnlijk is, de mogelijkheid dat dit object een oudere en massievere voorgrond of achtergrond zou kunnen zijn, een koele bruine dwerg niet volledig kan worden uitgesloten. De gerelateerde gedetailleerde analyse is beschikbaar in het resulterende onderzoekspaper dat is geaccepteerd voor publicatie in het Europese tijdschrift Astronomy & Astrophysics (zie hieronder).
Implicaties
De bruine dwerg 2M1207 heeft ongeveer 25 keer de massa van Jupiter en is dus ongeveer 42 keer lichter dan de zon. Als lid van de TW Hydrae Association is het ongeveer acht miljoen jaar oud.
Omdat ons zonnestelsel 4.600 miljoen jaar oud is, is er geen manier om direct te meten hoe de aarde en andere planeten gevormd zijn tijdens de eerste tientallen miljoenen jaren na de vorming van de zon. Maar als astronomen de omgeving van jonge sterren die nu pas tientallen miljoenen jaren oud zijn, kunnen bestuderen, dan zullen ze, door getuige te zijn van een verscheidenheid aan planetaire systemen die zich nu vormen, onze eigen verre verre oorsprong veel nauwkeuriger kunnen begrijpen.
Anne-Marie Lagrange, lid van het team van de Grenoble Observatory (Frankrijk), kijkt naar de toekomst: “Onze ontdekking betekent een eerste stap naar het openen van een heel nieuw veld in de astrofysica: de beeldvorming en spectroscopische studie van planetaire systemen. Dergelijke studies zullen astronomen in staat stellen de fysische structuur en chemische samenstelling van gigantische en uiteindelijk terrestrische planeten te karakteriseren. ”
Follow-up observaties
Rekening houdend met de infraroodkleuren en de spectrale gegevens die beschikbaar zijn voor GPCC, wijzen berekeningen van evolutionaire modellen op een planeet met een massa van 5 jupiter, ongeveer 55 keer verder verwijderd van 2M1207 dan de aarde van de zon (55 AU). De oppervlaktetemperatuur lijkt ongeveer 10 keer heter dan Jupiter, ongeveer 1000 ° C; dit is gemakkelijk te verklaren door de hoeveelheid energie die moet worden vrijgemaakt tijdens de huidige samentrekkingssnelheid van dit jonge object (inderdaad, de veel oudere gigantische planeet Jupiter produceert nog steeds energie in zijn interieur).
De astronomen gaan nu verder met hun onderzoek om te bevestigen of te ontkennen dat ze inderdaad een exoplaneet hebben ontdekt. De komende jaren verwachten ze zonder twijfel vast te stellen of het object inderdaad een planeet in een baan rond de bruine dwerg 2M1207 is, door te kijken hoe de twee objecten door de ruimte bewegen en te leren of ze al dan niet samen bewegen. Ze zullen ook de helderheid van het GPCC bij meerdere golflengten meten en er kan worden geprobeerd meer spectrale waarnemingen te doen.
Het lijdt geen twijfel dat toekomstige programma's om exoplaneten rond nabije sterren af te beelden, hetzij vanaf de grond met extreem grote telescopen uitgerust met speciaal ontworpen adaptieve optica, hetzij vanuit de ruimte met speciale planeetzoeker-telescopen, enorm zullen profiteren van de huidige technologische prestaties.
Meer informatie
De resultaten in dit ESO-persbericht zijn gebaseerd op een onderzoeksartikel ("A Giant Planet Candidate near a Young Brown Dwarf" door G. Chauvin et al.) Dat is geaccepteerd voor publicatie en binnenkort zal verschijnen in het toonaangevende onderzoeksjournaal " Astronomie en astrofysica ”. Een voordruk is hier beschikbaar.
Opmerkingen
[1]: Dit persbericht wordt gelijktijdig uitgegeven door ESO en CNRS (in het Frans).
[2]: Het team bestaat uit Gael Chauvin en Christophe Dumas (ESO-Chili), Anne-Marie Lagrange en Jean-Luc Beuzit (LAOG, Grenoble, Frankrijk), Benjamin Zuckerman en Inseok Song (UCLA, Los Angeles, VS), David Mouillet (LAOMP, Tarbes, Frankrijk) en Patrick Lowrance (IPAC, Pasadena, VS). De Amerikaanse leden van het team erkennen gedeeltelijk financiering door NASA's Astrobiology Institute.
[3]: De NACO-faciliteit (van NAOS / Nasmyth Adaptive Optics System en CONICA / Near-Infrared Imager and Spectrograph) bij de 8,2 m lange VLT Yepun-telescoop op Paranal biedt de mogelijkheid om diffractiebeperkte nabij-infraroodbeelden van astronomische objecten te produceren . Het detecteert de straling in dit golflengtegebied met het N90C10 dichroïsche; 90 procent van de lichtstroom wordt verzonden naar de golffrontsensor en 10 procent naar de nabij-infraroodcamera CONICA. Deze modus is met name handig voor het scherp weergeven van rode en zeer lage sterren of substellaire objecten. De adaptieve optische corrector (NAOS) is, in opdracht van ESO, gebouwd door Office National d'Etudes et de Recherches A? Rospatiales (ONERA), Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) en de LESIA- en GEPI-laboratoria van het Observatoire de Parijs in Frankrijk, in samenwerking met ESO. De CONICA camera is, in opdracht van ESO, gebouwd door het Max-Planck-Institut f? R Astronomie (MPIA) (Heidelberg) en het Max-Planck Institut f? R extraterrestrische Physik (MPE) (Garching) in Duitsland, in samenwerking met ESO.
[4]: Wat is het verschil tussen een kleine bruine dwerg en een exoplaneet? De grenslijn tussen de twee wordt nog onderzocht, maar het lijkt erop dat een bruin dwergobject op dezelfde manier wordt gevormd als sterren, namelijk door samentrekking in een interstellaire wolk terwijl planeten worden gevormd binnen stabiele circumstellaire schijven via botsing / aanwas van planetesimalen of schijven instabiliteit. Dit houdt in dat bruine dwergen sneller worden gevormd (minder dan 1 miljoen jaar) dan planeten (~ 10 miljoen jaar). Een andere manier om de twee soorten objecten te scheiden is door massa (aangezien dit ook wordt gedaan tussen bruine dwergen en sterren): (gigantische) planeten zijn lichter dan ongeveer 13 jupiter-massa's (de kritische massa die nodig is om deuteriumfusie te ontsteken), bruine dwergen zijn zwaarder. Helaas kan de eerste definitie in de praktijk niet worden gebruikt, bijvoorbeeld bij het detecteren van een zwakke metgezel zoals in het onderhavige geval, omdat de waarnemingen geen informatie verschaffen over de manier waarop het object is gevormd. Integendeel, het bovenstaande massacriterium is nuttig in die zin dat spectroscopie en astrometrie van een zwak object, samen met de juiste evolutionaire modellen, de massa en dus de aard van het object kunnen onthullen.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
