Afbeelding tegoed: Gemini
Dankzij het adaptieve optische systeem van het Gemini-observatorium hebben astronomen een bruine dwerg kunnen zien die slechts driemaal de afstand van de aarde tot de zon om een ster draait. Dit nieuw ontdekte paar, LHS 2397a, bevindt zich op slechts 46 lichtjaar van de aarde en is de dichtstbijzijnde scheiding van een dubbelster die ooit is ontdekt. De in Hawaii gevestigde Gemini-telescoop is zo krachtig omdat hij een flexibele spiegel gebruikt die de vervaging door de atmosfeer van de aarde tegengaat.
Astronomen die adaptieve optische technologie gebruiken op de Gemini North-telescoop, hebben een bruine dwerg waargenomen die in een baan om een ster met een lage massa draait op een afstand die vergelijkbaar is met slechts driemaal de afstand tussen de aarde en de zon. Dit is de dichtstbijzijnde scheidingsafstand die ooit is gevonden voor dit type binair systeem met behulp van directe beeldvorming.
De recordbrekende vondst is slechts een van de tientallen lichtgewicht binaire systemen die in de studie zijn waargenomen. Samen bieden ze een nieuw perspectief op de vorming van stelsystemen en hoe kleinere lichamen in het heelal (inclusief grote planeten) zouden kunnen ontstaan.
"Door Gemini's geavanceerde beeldvormingsmogelijkheden te gebruiken, konden we dit binaire paar duidelijk oplossen, waarbij de afstand tussen de bruine dwerg en de moederster slechts ongeveer tweemaal de afstand van Mars tot de zon is," zei teamlid Melanie Freed, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Arizona in Tucson. Met een geschatte massa van 38-70 keer de massa van Jupiter, bevindt de nieuw geïdentificeerde bruine dwerg zich slechts driemaal de zon-aarde-afstand (of 3.0 astronomische eenheden) van zijn moederster. De ster, bekend als LHS 2397a, is slechts 46 lichtjaar verwijderd van de aarde. De beweging van dit object in de lucht geeft aan dat het een oude ster met een zeer lage massa is.
Het vorige beeldrecord voor de kortste afstand tussen een bruine dwerg en zijn ouder (een veel helderdere, zonachtige ster) was bijna vijf keer zo groot met 14 AU. Eén astronomische eenheid (AU) is gelijk aan de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon of ongeveer 150 miljoen kilometer (93 miljoen mijl).
Vaak afgebeeld als 'mislukte sterren', zijn bruine dwergen groter dan gigantische planeten zoals Jupiter, maar hun individuele massa's zijn minder dan 8% van de massa van de zon (75 Jupiter-massa's), dus ze zijn niet massief genoeg om te stralen als een ster. Bruine dwergen kunnen het best in het infrarood worden bekeken omdat oppervlaktewarmte vrijkomt terwijl ze langzaam samentrekken. De detectie van bruine dwergmetgezellen binnen 3 AU van een andere ster is een belangrijke stap in de richting van het afbeelden van enorme planeten rond andere sterren.
Dit team van de Universiteit van Arizona onder leiding van Dr. Laird Close gebruikte de Gemini North Telescope om elf andere metgezel met een lage massa te detecteren, wat suggereert dat deze binaire paren met een lage massa vrij vaak voorkomen. De ontdekking van zoveel paren met een lage massa was een verrassing, gezien het argument dat de meeste sterren met een lage massa en bruine dwergen werden beschouwd als solo-objecten die alleen door de ruimte zwierven nadat ze tijdens het stervormingsproces uit hun sterrenkwekerijen waren uitgestoten.
"We hebben het eerste op adaptieve optica gebaseerde onderzoek van sterren met ongeveer 1/10 van de massa van de zon voltooid, en we ontdekten dat de natuur geen onderscheid maakt tussen sterren met een lage massa als het gaat om het maken van strakke binaire paren", zei Close, een assistent hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Arizona. Dr. Close is de hoofdauteur van een paper dat vandaag is gepresenteerd op het Brown Dwarfs International Astronomical Union Symposium in Kona, Hawaï, en hij is de hoofdonderzoeker van de lichte massa-sterrenenquête.
Het team keek naar 64 lage-massa sterren (oorspronkelijk geïdentificeerd door John Gizis van de Universiteit van Delaware) die solo-sterren leken te zijn in de afbeeldingen met een lagere resolutie van het 2MASS all-sky infraroodonderzoek. Zodra het team adaptieve optica op Tweelingen gebruikte om beelden te maken die tien keer scherper waren, bleken twaalf van deze sterren nauwe metgezellen te hebben. Verrassend genoeg ontdekte het team van Close dat de afstanden tussen de sterren met een lage massa en hun metgezellen aanzienlijk kleiner waren dan verwacht.
"We zien dat metgezellen van sterren met een lage massa doorgaans slechts 4 AU verwijderd zijn van hun primaire sterren, dit is verrassend dicht bij elkaar", zei teamlid Nick Siegler, een afgestudeerde student van de Universiteit van Arizona. "Grootere binaire bestanden hebben typische scheidingen die dichter bij 30 AU liggen, en veel binaire bestanden zijn veel breder dan dit." De nieuwe Gemini-waarnemingen, zei Close, 'impliceren sterk dat sterren met een lage massa geen metgezellen hebben die ver van hun voorverkiezingen verwijderd zijn.' Soortgelijke resultaten werden eerder gevonden door een team onder leiding van Dr. Eduardo L. Martin van het University of Hawaii Institute for Astronomy in een onderzoek onder 34 zeer lichte sterren en bruine dwergen in de Pleiadencluster, uitgevoerd met de Hubble-ruimtetelescoop. Deze twee onderzoeken samen tonen duidelijk aan dat er een intrigerend tekort is aan bruine dwergen op scheidingen groter dan 20 AU van sterren met een zeer lage massa en andere bruine dwergen.
Het team projecteert dat één op de vijf lichte sterren een metgezel heeft met een scheiding in het bereik (3-200 AU). Binnen dit scheidingsbereik hebben astronomen een vergelijkbare frequentie waargenomen van meer massieve stellaire metgezellen rond grotere zonachtige sterren.
Over het geheel genomen suggereren deze nieuwe resultaten dat (in tegenstelling tot de theorie) binaire bestanden met een lage massa kunnen worden gevormd in een proces dat vergelijkbaar is met dat van meer binaire binaire bestanden. Deze bevinding draagt inderdaad bij aan het groeiende bewijs van andere groepen dat het percentage binaire systemen vergelijkbaar is voor lichamen die het bereik van één zonnemassa tot slechts 0,05 zonsmassa (of 52 keer de massa van Jupiter) omspannen. Zo is een groep onder leiding van Neill Reid van het Space Telescope Science Institute en de University of Pennsylvania tot een vergelijkbare conclusie gekomen met een kleinere steekproef van 20 zelfs sterren met een lagere massa en bruine dwergen waargenomen met de Hubble-ruimtetelescoop.
Het feit dat sterren met een lage massa bruine dwergmetgezellen met een lage massa binnen 5 AU hebben, is ook verrassend omdat precies het tegenovergestelde het geval is bij zonachtige sterren. Volgens radiale snelheidsstudies hebben maar heel weinig zonachtige sterren binnen deze afstand bruine dwergmetgezellen. "Dit gebrek aan bruine dwerggenoten binnen 5 AU van zonachtige sterren wordt de 'bruine dwergwoestijn' genoemd," merkte Close op. 'We zien echter dat er waarschijnlijk geen bruine dwergwoestijn is rond sterren met een lage massa.'
Deze resultaten vormen belangrijke beperkingen voor theoretici die proberen te begrijpen hoe de massa van een ster de massa en scheidingsafstand beïnvloedt van de metgezellen die zich ermee vormen. "Elk nauwkeurig model van ster- en planeetvorming moet deze waarnemingen reproduceren", zei Close.
Deze waarnemingen waren alleen mogelijk vanwege de combinatie van het uniek gevoelige Hokupa'a adaptieve optische beeldvormingssysteem van de Universiteit van Hawaï en de technische prestaties van de Gemini-telescopen. De gevoeligheid van het Hokupa-systeem is te danken aan het krommingsgolffrontdetectieconcept ontwikkeld door Dr. Adaptieve optica is een technologie die steeds belangrijker wordt en die het grootste deel van de "vervaging" die wordt veroorzaakt door de turbulentie in de atmosfeer van de aarde (d.w.z. het fonkelen van de sterren), elimineert. Het doet dit door de vorm van een speciale, kleinere flexibele spiegel snel aan te passen aan de lokale turbulentie, op basis van realtime feedback naar het ondersteuningssysteem van de spiegel uit waarnemingen van de ster met een lage massa. Hokupa'a kan individuele fotonen (lichtdeeltjes) tellen en kan dus zelfs zeer zwakke (dat wil zeggen lage massa) sterren nauwkeurig slijpen.
De nabij-infrarood adaptieve optische beelden gemaakt door de 8-meter Gemini-telescoop in dit onderzoek waren twee keer zo scherp als die welke kunnen worden gemaakt op dezelfde golflengten door de om de aarde draaiende 2,4-meter Hubble-ruimtetelescoop. Het enige grondonderzoek in zijn soort, dit werk vergde vijf nachten gedurende een jaar met het Hokupa'a-systeem in Gemini North.
Het is belangrijk op te merken dat de hier gebruikte afstanden zijn zoals gemeten aan de hemel. De echte orbitale scheidingen kunnen iets groter zijn als de volledige baan van deze binaries in de toekomst bekend is.
Andere leden van het wetenschapsteam zijn James Liebert (Steward Observatory, University of Arizona), Wolfgang Brandner (European Southern Observatory, Garching, Duitsland) en Eduardo Martin en Dan Potter (Institute for Astronomy, University of Hawaii).
De hier gerapporteerde waarnemingen maken deel uit van een lopend onderzoek. De eerste resultaten van de eerste 20 lichte massa-sterren van ons onderzoek zijn gepubliceerd in het nummer van 1 maart 2002 van The Astrophysical Journal Letters vol 567 Pages L53-L57.
Afbeeldingen en illustraties met betrekking tot dit persbericht zijn beschikbaar op internet op: http://www.gemini.edu/media/images_2002-7.html.
Laird Close kan gecontacteerd worden op 520 / 626-5992, [email protected], nadat hij op 28 mei terugkeert naar zijn kantoor.
Dit onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door het US Air Force Office of Scientific Research en het Steward Observatory van de University of Arizona. Hokupa'a wordt ondersteund door de University of Hawaii Adaptive Optics Group en de National Science Foundation.
De Gemini Observatory is een internationale samenwerking die twee identieke 8-meter telescopen heeft gebouwd. De telescopen bevinden zich in Mauna Kea, Hawaii (Gemini North) en Cerro Pach? N in het centrum van Chili (Gemini South), en bieden daarmee volledige dekking van beide hemisferen van de hemel. Beide telescopen bevatten nieuwe technologieën waarmee grote, relatief dunne spiegels onder actieve controle zowel optische als infrarode straling vanuit de ruimte kunnen opvangen en focussen.
Het Gemini-observatorium biedt de astronomische gemeenschappen in elk partnerland ultramoderne astronomische faciliteiten die de observatietijd toewijzen in verhouding tot de bijdrage van elk land. Naast financiële steun levert elk land ook aanzienlijke wetenschappelijke en technische middelen. De nationale onderzoeksbureaus die het Gemini-partnerschap vormen, zijn onder meer: de US National Science Foundation (NSF), de UK Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), de Canadian National Research Council (NRC), de Chilean Comisi? N Nacional de Investigaci? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), de Australian Research Council (ARC), de Argentijnse Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) en de Braziliaanse Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico (CNPq ). Het Observatorium wordt beheerd door de Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) in het kader van een samenwerkingsovereenkomst met de NSF. De NSF fungeert ook als uitvoerend agentschap voor het internationale partnerschap.
Voor meer informatie, zie de Gemini-website op: http://www.us-gemini.noao.edu/media/.
Oorspronkelijke bron: Gemini News Release
