Soms bevinden de vreemdste stellaire vondsten zich in onze eigen kosmische buurt. Astronomen hebben onlangs een interessante ontdekking gedaan terwijl ze een nieuwe set telescopen aan het testen waren: een verduisterend paar sub-stellaire bruine dwergen.
De vondst is 2MASSW J1510478-281817, ook wel 2M1510 genoemd. De afkorting ‘2MASS’ in de aanduiding verwijst naar de 2-micron All-Sky Survey. Het paar bevindt zich op 119 lichtjaar (36,6 parsecs) ver in het sterrenbeeld Weegschaal de Schalen, nabij de grens met Lupus de Wolf.
De surveytelescopen die de vondst hebben gedaan, maken deel uit van het SPECULOOS-project (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-COOl Stars), een batterij van vier Ritchey-Chrétien-telescopen met een diameter van 1 meter op het Paranal Observatory-complex in Chili. Een vijfde tegenhangertelescoop genaamd Artemis op de Canarische Eilanden maakt deel uit van de SPECULOOS North-enquête.
De twee bruine dwergen draaien om de 21 dagen om elkaar heen, met 2M1510Aa, de iets zwaardere van de twee met een massa van 40 Jupiter, versus de metgezel 2M1510Ab, met een slankere massa van 39,3 Jupiter. Beide zijn bruine dwergen van het M-type, en cirkelen rond een gemeenschappelijk zwaartepunt op slechts 0,063 AU (5,9 miljoen mijl of 9,5 miljoen kilometer) van elkaar verwijderd.
Een derde, meer resistente bruine dwerg, 2MASS J15104761-2818234 (2M1510B) genoemd, maakt ook deel uit van het complexe systeem. Dit derde object draait rond 250Astronomical Units (AU) vanaf het primaire paar. Dat is meer dan zestig keer de gemiddelde afstand van de zon tot Pluto.
"Het SPECULOOS-programma is op zoek naar exoplaneten die sterren met een lage massa en bruine dwergen passeren, en een paar bruine dwergen vlak naast elkaar in de lucht leek een goed doelwit", zegt Adam Burgasser van UC San Diego, een auteur op de studie. 'We waren verrast toen we ontdekten dat het echt drie bruine dwergen waren!'
De vondst werd gerapporteerd in het recente tijdschrift van Natuur: astronomie. Onderzoekers gebruikten de vier 8,2-meterinstrumenten die de Very Large Telescope vormen, die zich ook in Cerro Paranal, Chili in de Atacama-woestijn en de nabij-infraroodspectrograaf (NIRSPEC) op het Keck-observatorium op de top van Mauna Kea op Hawaï bevinden, om de vind. Beiden zijn uitgerust om snelheden te meten in het infrarood, de band waar bruine dwergen piekeren. De waargenomen verduisteringsgebeurtenis duurde ongeveer 90 minuten.
"Het maakt (2M1510) deel uit van de SPECULOOS-doellijst die alle ultrakoude dwergen bevat waarvan de afstand kleiner is dan 40 parsec, gemeten door de Gaia-satelliet en waarvan de straal kleiner is dan 0,15 zonnestralen", zegt Michaël Gillon (Universiteit van Luik, België) . "Met SPECULOOS zouden we de komende jaren verschillende vergelijkbare systemen moeten detecteren, waaronder nieuwe potentieel bewoonbare planeten ter grootte van de aarde die zeer geschikt zijn voor gedetailleerde atmosferische karakterisering met James Webb."
Bruine dwergen bezetten de zone tussen volwaardige sterren met 80 keer de massa van Jupiter (7,7% van de massa van de zon) en 13 massa's van Jupiter. Het 2M1510-paar zijn beide bruine dwergen van het M-type en nemen een ruimte in het midden van dit massabereik in. Hoewel bruine dwergen niet massief genoeg zijn om volwaardige fusie via de proton-protonenketen als rode dwergsterren te ondersteunen, kunnen ze nog steeds langzaam sudderen met behulp van laagwaardige deuteriumfusie in hun kernen. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur voor een M-dwerg is 2.600 Kelvin (2.300 graden Celsius).
Hoewel bruine dwergen zwakke doelen zijn, zijn ze waarschijnlijk ook een van de meest voorkomende objecten in het heelal.
De ontdekking vertegenwoordigt slechts het tweede van zo'n verduisterende bruine dwergpaar dat bekend is. De eerste is het opgeloste paar 2MASS J05352184-0546085AB in de OrionNebula, een relatief jong paar van naar schatting een miljoen jaar oud.
Een ander intrigerend bruin dwergpaar werd gevonden in 2003 in een baan om de hoofdreeksster Epsilon Indi.
De SPECULOOS-enquête is gespecialiseerd in het richten op exoplaneten in de bewoonbare zones van koele dwergsterren. Een dergelijke dwergster met exoplaneten genaamd TRAPPIST-1 brak groots in het nieuws in 2015, en dergelijke 'mini-zonnestelsels' komen vaak voor in de kosmos.
"2M1510 werd waargenomen als onderdeel van het inbedrijfstellingsprogramma van SPECULOOS", zegt Burgasser. “Nu zijn de telescopen operationeel en volgt het team verschillende sterren met een lage massa en bruine dwergen om te zoeken naar doorgaande exoplaneten. We volgen ook (op) enkele van de kandidaat-exoplanetsystemen die zijn ontdekt door de TESS-missie (de Transiting Exoplanet Survey Satellite). Telkens wanneer we in staat zijn om het universum op een nieuwe manier te bekijken, ontdekken we vaak iets spannends of onverwachts. ”
2M1510 is ook lid van de Argus Moving Group of stars. Deze 45 miljoen jaar oude cluster van relatief jonge sterren werd ontdekt in 2018. Het lidmaatschap van een stellaire vereniging of bewegende groep wordt verraden door sterren die een gemeenschappelijke juiste beweging langs de hemel delen. De Hyades in het sterrenbeeld Stier zijn een beroemde nabijgelegen sterrenvereniging, net als de Ursa Major Moving Group, die de meeste sterren in het Big Dipper-asterisme bevat.
De ontdekking is belangrijk omdat niet alleen het lidmaatschap van het bruine dwergpaar als onderdeel van de Argus Moving Group de leeftijd van het paar bepaalt, maar hun fysieke associatie, samen met het feit dat ze elkaar langs onze gezichtslijn verduisteren, maakt het mogelijk astronomen om de twee verder te karakteriseren in termen van massa. Substellaire bruine dwergen, zoals het 2M1510-paar, lijken veel op grote exoplaneten.
Deze intrigerende ontdekking stelt onderzoekers in staat om niet alleen grote massexoplaneten te karakteriseren, maar modellen van hoe bruine dwergen evolueren en cool te maken voor de test.
"Onze metingen vertellen ons dat de massa, straal en leeftijd heel goed worden verklaard door modellen waarvan de fundering 30 jaar oud is", zegt Amaury Triaud van de Universiteit van Birmingham, hoofdauteur van de studie. 'Dit is opmerkelijk. Het vertelt ons ook dat de helderheid van bruine dwergen een beetje afwijkt in vergelijking met modellen. We weten nu dus dat de modellen erg goed zijn, maar dat we ze nog moeten verbeteren. ”
Het zou merkwaardig zijn om zo'n paar van dichtbij te zien: er bestaat geen analoog voor een bruine dwerg in ons zonnestelsel. Het zal interessant zijn om te zien welke andere ontdekkingen in de nabije toekomst uit de SPECULOOS-enquête zullen komen.
-Lead image credit: Roberto Molar Candanosa & Sergio Dieterich, Carnegie Instituut voor Wetenschap.
