Afbeelding tegoed: ESO
Een team van Europese astronomen heeft de dichtstbijzijnde bruine dwergster gevonden die ooit is ontdekt. Epsilon Indi B is 45 keer de massa van Jupiter en het duurt 400 jaar om de hoofdster te draaien.
Een team van Europese astronomen [2] heeft op minder dan 12 lichtjaar van de zon een Brown Dwarf-object (een 'mislukte' ster) ontdekt. Het is het dichtst tot nu toe bekende.
Nu aangeduid als Epsilon Indi B, is het een metgezel van een bekende heldere ster aan de zuidelijke hemel, Epsilon Indi (nu "Epsilon Indi A"), waarvan eerder werd gedacht dat het single was. Het binaire systeem is een van de twintig sterrenstelsels die het dichtst bij de zon staan.
De bruine dwerg werd ontdekt door de relatief snelle beweging door de lucht die hij deelt met zijn helderdere metgezel: het paar verplaatst een volledige maandiameter in minder dan 400 jaar. Het werd voor het eerst geïdentificeerd met behulp van gedigitaliseerde archiefplaatjes van de SuperCOSMOS Sky Surveys (SSS) en bevestigd met gegevens van de Two Micron All Sky Survey (2MASS). Vervolgobservaties met het nabij-infraroodgevoelige SOFI-instrument van de ESO 3,5-meter New Technology Telescope (NTT) in de La Silla-sterrenwacht bevestigden de aard ervan en maakten metingen van de fysische eigenschappen mogelijk.
Epsilon Indi B heeft een massa van slechts 45 keer die van Jupiter, de grootste planeet in het zonnestelsel, en een oppervlaktetemperatuur van slechts 1000 ° C. Het behoort tot de zogenaamde 'T-dwerg'-categorie van objecten die zich uitstrekken over het domein tussen sterren en gigantische planeten.
Epsilon Indi B is de dichtstbijzijnde en helderste T-dwerg die we kennen. Toekomstige studies van het nieuwe object beloven astronomen belangrijke nieuwe aanwijzingen te geven over de vorming en evolutie van deze exotische hemellichamen, terwijl ze tegelijkertijd interessante inzichten opleveren in de grenszone tussen planeten en sterren.
Kleine bewegende naalden in gigantische hooibergen
Stel je voor dat je een professionele ornitholoog bent, die onlangs naar huis bent teruggekeerd van een expeditie naar de oerwouden van Zuid-Amerika, waar je lange weken hebt doorgebracht met het gebruik van je krachtige telelenzen op zoek naar zeldzame vogelsoorten. Ontspannend maak je een paar groothoekfoto's van de bloeiende bloemen in je achtertuin, ongestoord door de gewone merel die door je zoeker vliegt. Pas later, bij het zorgvuldig vergelijken van die drukknopen, zie je iets kleins en ongewoon gekleurds dat vlak achter de merel flitst: je hebt thuis een exotische, zeldzame vogel ontdekt.
Op dezelfde manier heeft een team van astronomen [2] zojuist een van de naaste buren van de zon gevonden, een exotische 'mislukte ster' die bekend staat als een 'bruine dwerg', die snel door de lucht beweegt in het zuidelijke sterrenbeeld Indus ( De Indiaan). Interessant is dat, in een tijd waarin telescopen groter worden en zijn uitgerust met steeds geavanceerdere elektronische detectoren, er nog veel te leren valt door oude fotografische platen te combineren met deze moderne technologie.
Fotografische platen die de afgelopen decennia door wide-field ("Schmidt") telescopen zijn gemaakt, hebben een nieuw leven ingeblazen door te zijn gedigitaliseerd door geautomatiseerde meetmachines, waardoor computers effectief door enorme en onschatbare data-archieven kunnen slepen die nog lang niet zijn volledig benut [3]. Voor de Southern Sky heeft het Institute for Astronomy in Edinburgh (Schotland, VK) onlangs scans uitgebracht die zijn gemaakt door de SuperCOSMOS-plaatmachine die meerdere decennia beslaat in drie optische doorlaatbanden. Deze gegevens zijn perfect geschikt voor het zoeken naar objecten met grote bewegingen en extreme kleuren, zoals bruine dwergen in de zonne-omgeving.
Alles beweegt - een kwestie van perspectief
In de astronomie duidt de 'eigen beweging' van een ster op zijn schijnbare beweging op de hemelbol; het wordt gewoonlijk uitgedrukt in boogseconden per jaar [4]. De overeenkomstige, werkelijke snelheid van een ster (in kilometers per seconde) kan alleen worden geschat als de afstand bekend is.
Een ster met een grote eigen beweging kan een echte grote snelheid aangeven of simpelweg dat de ster dichtbij ons is. Naar analogie heeft een vliegtuig net na het opstijgen een veel lagere werkelijke snelheid dan wanneer het op grote hoogte vaart, maar voor een waarnemer die naar een luchthaven kijkt, lijkt het vertrekkende vliegtuig veel sneller door de lucht te bewegen.
Proxima Centauri, onze naaste stellaire buurman, is slechts 4,2 lichtjaar verwijderd (vgl. ESO PR 22/02) en heeft een goede beweging van 3,8 boogsec / jaar (overeenkomend met 23 km / sec ten opzichte van de zon, in de richting loodrecht naar de gezichtslijn). De hoogst bekende ster met de juiste beweging is Barnard's ster op 6 lichtjaar afstand en beweegt 10 boogsec / jaar (87 km / sec ten opzichte van de zon). Alle bekende sterren binnen 30 lichtjaar zijn objecten met een hoge bewegingssnelheid en bewegen minimaal 0,2 boogsec. Per jaar.
Trawlvisserij voor snel bewegende objecten
Astronomen van het Astrophysical Institute in Potsdam doen al geruime tijd systematisch een geautomatiseerde zoektocht naar objecten met een hoge bewegingsvrijheid die voorkomen op rode fotografische hemelplaten, maar niet op de equivalente blauwe platen. Hun doel is om tot nu toe onbekende coole objecten in de Solar-buurt te identificeren.
Ze hadden eerder op deze manier binnen 30 lichtjaar een handvol nieuwe objecten gevonden, maar niets zo rood of bewegend op afstand zo snel als het object dat ze nu hebben verstrikt in het sterrenbeeld Indus aan de zuidelijke hemel. Dit object werd alleen gezien op de platen met de langste golflengte in de SuperCOSMOS Sky Survey-database. Het bewoog zo snel dat het op platen die in de jaren negentig slechts twee jaar uit elkaar lagen, bijna 10 boogseconden aan de hemel had verplaatst, wat een goede beweging van 4,7 boogsec per jaar opleverde. Het was ook erg zwak bij optische golflengten, de reden waarom het nog nooit eerder was opgemerkt. Toen het echter werd bevestigd in gegevens van de digitale Two Micron All Sky Survey (2MASS), bleek het veel helderder te zijn in het infrarood, met de typische kleursignatuur van een koele bruine dwerg.
Op dit moment werd gedacht dat het object een geïsoleerde reiziger was. Een zoektocht in beschikbare online catalogi bracht echter al snel aan het licht dat Epsilon Indi slechts 7 boogminuten verwijderd was van een bekende ster. De twee delen precies dezelfde zeer grote eigen beweging, en dus was het meteen duidelijk dat de twee met elkaar in verband moesten staan, en vormden een breed binair systeem dat gescheiden was door meer dan 1500 keer de afstand tussen de zon en de aarde.
Epsilon Indi is een van de 20 sterren die het dichtst bij de zon staan op slechts 11,8 lichtjaar [5]. Het is een dwergster (van spectraaltype K5) en met een oppervlaktetemperatuur van ongeveer 4000? C, iets koeler dan de zon. Als zodanig verschijnt het in science fiction vaak als de thuisbasis van een bewoonbaar planetair systeem [6]. Dat alles blijft stevig in het rijk van speculatie, maar toch weten we nu dat het zeker een zeer interessante metgezel heeft.
Dit is een opmerkelijke ontdekking: Epsilon Indi B is de dichtstbijzijnde sterachtige bron van de zon die in 15 jaar is gevonden, de hoogst geschikte bewegingsbron die in meer dan 70 jaar is gevonden, en met een totale helderheid van slechts 0,002% van die van de zon, een van de de intrinsiek zwakste bronnen die ooit buiten het zonnestelsel zijn gezien!
Na Proxima en Alpha Centauri is het Epsilon Indi-systeem ook slechts het tweede bekende brede binaire systeem binnen 15 lichtjaren. In tegenstelling tot Proxima Centauri is Epsilon Indi B echter geen gewone ster.
Bruine dwergen: koelen, koelen, koelen ...
Binnen enkele dagen na hun ontdekking in de database slaagden de astronomen erin om een infraroodspectrum van Epsilon Indi B te beveiligen met behulp van het SOFI-instrument op de ESO 3,5-meter New Technology Telescope (NTT) van de La Silla-sterrenwacht (Chili). Het spectrum toonde de brede absorptiekenmerken als gevolg van methaan en waterstoom in de bovenste atmosfeer, wat duidt op een temperatuur van 'slechts' 1000? C. Gewone sterren zijn nog nooit zo cool - Epsilon Indi B werd bevestigd als een bruine dwerg.
Van bruine dwergen wordt gedacht dat ze zich op vrijwel dezelfde manier vormen als sterren, door de zwaartekracht-ineenstorting van klompjes koud gas en stof in dichte moleculaire wolken. Om redenen die nog niet helemaal duidelijk zijn, eindigen sommige klonten met massa's van minder dan ongeveer 7,5% van die van onze zon, of 75 keer de massa van planeet Jupiter. Onder die grens is er niet genoeg druk in de kern om nucleaire waterstoffusie op gang te brengen, de langdurige en stabiele krachtbron voor gewone sterren zoals de zon. Afgezien van een korte vroege fase waarin wat deuterium wordt verbrand, blijven deze voorwerpen met een lage massa gewoon afkoelen en langzaam verdwijnen, terwijl ze de warmte die overblijft na hun geboorte afgeven.
Theoretische discussies over dergelijke objecten begonnen ongeveer 40 jaar geleden. Ze werden eerst ‘zwarte dwergen’ genoemd en later ‘bruine dwergen’, als erkenning voor hun voorspelde zeer koele temperaturen. Er werd echter ook voorspeld dat ze erg zwak en erg rood waren, en pas in 1995 werden dergelijke objecten ontdekt.
De eerste werden gezien als zwakke metgezellen van sterren in de buurt, en later werden sommigen vrij ronddrijvend gevonden in de Solar-buurt. De meeste bruine dwergen behoren tot de recentelijk geclassificeerde spectrale typen L en T, onder de al lang bekende koele dwergen van type M. Deze zijn voor mensen zeer rood, maar L en T dwergen zijn nog koeler, zo erg zelfs dat ze bijna onzichtbaar zijn bij optische golflengten, waarbij de meeste van hun emissie in het infrarood komt. [7].
Hoe groot is Epsilon Indi B?
De leeftijd van de meeste tot nu toe ontdekte bruine dwergen is onbekend en daarom is het moeilijk om hun massa te schatten. Er kan echter worden aangenomen dat de leeftijd van Epsilon Indi B dezelfde is als die van Epsilon Indi A, waarvan de leeftijd wordt geschat op 1,3 miljard jaar op basis van de rotatiesnelheid. Door deze informatie te combineren met de gemeten temperatuur, helderheid en afstand, is het mogelijk om de massa van Epsilon Indi B te bepalen met behulp van theoretische modellen van bruine dwergen.
Twee onafhankelijke sets modellen leveren hetzelfde resultaat op: Epsilon Indi B moet een massa hebben die ergens tussen 4-6% van die van de zon ligt, of 40-60 Jupiter-massa's. De meest waarschijnlijke waarde is ongeveer 45 Jupiter-massa's, d.w.z. ruim onder de waterstoffusielimiet, en bevestigt definitief deze nieuwe ontdekking als een bonafide bruine dwerg.
Het belang van Epsilon Indi B
PR Photo 03c / 03 toont de huidige telling van de sterren in de zonnewijk. Al deze sterren zijn al vele jaren bekend, waaronder GJ1061, die echter pas in 1997 een stevige afstand had. De ontdekking van Epsilon Indi B is echter een extreem geval, nooit eerder gecatalogiseerd, en de eerste bruine dwerg die worden gevonden binnen de 12,5 lichtjaar horizon.
Als de huidige voorspellingen correct zijn, zouden er twee keer zoveel bruine dwergen moeten zijn als hoofdreekssterren. Bijgevolg is Epsilon Indi B misschien wel de eerste van misschien wel 100 bruine dwergen binnen deze afstand, die nog wachten om ontdekt te worden!
Epsilon Indi B is een belangrijke vangst die veel verder gaat dan het catalogiseren van de Solar-buurt. Als de dichtstbijzijnde en helderste bekende bruine dwerg en met een zeer nauwkeurig gemeten afstand, kan hij worden onderworpen aan een grote verscheidenheid aan gedetailleerde observationele studies. Het kan dus dienen als een sjabloon voor verder weg gelegen leden van zijn klasse.
Met behulp van Epsilon Indi B zouden astronomen nu in staat moeten zijn om verder te kijken in de mysteries rond de vorming en evolutie van de exotische objecten die bekend staan als bruine dwergen, halverwege tussen sterren en gigantische planeten, de fysica van hun innerlijke kernen en het weer en chemie van hun atmosfeer.
Een historische noot - het zuidelijke sterrenbeeld Indus
Het sterrenbeeld Indus ligt diep in de zuidelijke hemel, genesteld tussen drie vogels, Grus (The Crane), Tucana (The Toucan) en Pavo (The Peacock), cf. PR Foto 03d / 03.
Voor het eerst gecatalogiseerd in 1595-1597 door de Nederlandse zeevaarders Pieter Dirkszoon Keyser en Frederick de Houtman, werd dit sterrenbeeld door Johann Bayer toegevoegd aan de zuidelijke hemel in zijn boek 'Uranometria' (1603) ter ere van de inheemse Amerikanen die Europese ontdekkingsreizigers waren tegengekomen op hun reist.
Er is met name gesuggereerd dat het specifiek de inheemse volkeren van Tierra del Fuego en Patagonië zijn die vertegenwoordigd zijn in Indus, iets meer dan tweeduizend kilometer ten zuiden van La Silla, waar de eerste spectroscopische waarnemingen van Epsilon Indi B ongeveer 400 jaar later werden gedaan .
In de latere tekening van Bode die hier wordt getoond, wordt Epsilon Indi, de op vier na helderste ster in Indus, geassocieerd met een van de pijlen in de hand van de Indiaan.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
