Dankzij de krachtige nieuwe camera met hoog contrast die bij de Very Large Telescope is geïnstalleerd, zijn foto's gemaakt van een metgezel met een lage massa die heel dicht bij een ster staat. Hierdoor konden astronomen voor het eerst de massa van een jong object met een zeer lage massa direct meten.
Het object, meer dan 100 keer zwakker dan zijn ster, is nog steeds 93 keer zo groot als Jupiter. En het blijkt bijna twee keer zo zwaar te zijn als de theorie voorspelt.
Deze ontdekking suggereert daarom dat astronomen, als gevolg van fouten in de modellen, het aantal jonge "bruine dwergen" en "vrij zwevende" extrasolaire planeten hebben overschat.
Een winnende combinatie
Een ster kan worden gekenmerkt door veel parameters. Maar één is van het allergrootste belang: de massa. Het is de massa van een ster die zijn lot zal bepalen. Het is dus geen verrassing dat astronomen deze parameter nauwkeurig willen meten.
Dit is echter geen gemakkelijke taak, vooral voor de minst zware, die op de grens tussen sterren en bruine dwergobjecten. Bruine dwergen, of 'mislukte sterren', zijn objecten die tot 75 keer zwaarder zijn dan Jupiter, te klein om grote kernfusieprocessen in hun interieur te laten ontbranden.
Om de massa van een ster te bepalen, kijken astronomen over het algemeen naar de beweging van sterren in een binair systeem. En pas dan dezelfde methode toe waarmee de massa van de aarde kan worden bepaald, wetende de afstand van de maan en de tijd die de satelliet nodig heeft om één volledige baan te voltooien (de zogenaamde "Kepler's Third Law"). Op dezelfde manier hebben ze ook de massa van de zon gemeten door de afstand aarde-zon te kennen en de tijd - een jaar - die onze planeet nodig heeft om een tour rond de zon te maken.
Het probleem met objecten met een lage massa is dat ze erg zwak zijn en vaak verborgen zullen zijn in de schittering van de helderdere ster die ze omcirkelen, ook als ze in grote telescopen worden bekeken.
Astronomen hebben echter manieren gevonden om deze moeilijkheid te overwinnen. Hiervoor vertrouwen ze op een combinatie van een weloverwogen observatiestrategie met state-of-the-art instrumenten.
Camera met hoog contrast
Ten eerste kijken astronomen die op zoek zijn naar objecten met een zeer lage massa naar jonge sterren in de buurt omdat objecten met een lage massa het helderst zijn als ze jong zijn, voordat ze samentrekken en afkoelen.
In dit specifieke geval bestudeerde een internationaal team van astronomen [1] onder leiding van Laird Close (Steward Observatory, Universiteit van Arizona) de ster AB Doradus A (AB Dor A). Deze ster staat op ongeveer 48 lichtjaar afstand en is "slechts" 50 miljoen jaar oud. Omdat de positie aan de hemel van AB Dor A "wiebelt", als gevolg van de zwaartekracht van een sterachtig object, werd sinds het begin van de jaren negentig aangenomen dat AB Dor A een metgezel met een lage massa moest hebben.
Om deze metgezel te fotograferen en er een uitgebreide reeks gegevens over te verkrijgen, gebruikten Close en zijn collega's een nieuw instrument op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory. Deze nieuwe adaptieve optische camera met hoog contrast, de NACO Simultaneous Differential Imager, of NACO SDI [2], is speciaal ontwikkeld door Laird Close en Rainer Lenzen (Max-Planck-Instituut voor Astronomie in Heidelberg, Duitsland) voor de jacht op planeten buiten ons zonnestelsel. De SDI-camera verbetert het vermogen van de VLT en zijn adaptieve optische systeem om zwakke metgezellen te detecteren die normaal gesproken verloren zouden gaan in de schittering van de primaire ster.
Een wereldpremière
Door deze camera in februari 2004 op AB Dor A te richten, konden ze voor het eerst een metgezel fotograferen die zo zwak was - 120 keer zwakker dan zijn ster - en zo dicht bij zijn ster.
Markus Hartung (ESO), lid van het team: “Deze wereldpremière was alleen mogelijk vanwege de unieke mogelijkheden van het NACO SDI-instrument op de VLT. In feite probeerde de Hubble-ruimtetelescoop de metgezel te detecteren, maar deze was te zwak en te dicht bij de schittering van de primaire ster. '
De kleine afstand tussen de ster en de zwakke metgezel (0,156 boogsec) is hetzelfde als de breedte van een euromunt van één euro (2,3 cm) op 20 km afstand. De metgezel, AB Dor C genaamd, werd gezien op een afstand van 2,3 keer de gemiddelde afstand tussen de aarde en de zon. Het voltooit een cyclus rond zijn gastster in 11,75 jaar in een nogal excentrieke baan.
Met behulp van de exacte locatie van de metgezel, samen met de bekende 'wiebelen' van de ster, konden de astronomen vervolgens nauwkeurig de massa van de metgezel bepalen. Het object, meer dan 100 keer zwakker dan zijn nabije primaire ster, heeft een tiende van de massa van zijn gastheerster, d.w.z. het is 93 keer zwaarder dan Jupiter. Het ligt dus iets boven de bruine dwerggrens.
Met behulp van NACO op de VLT, observeerden de astronomen AB Dor C verder op nabij-infrarode golflengten om de temperatuur en helderheid te meten.
"We waren verrast toen we ontdekten dat de metgezel 400 graden (Celsius) koeler en 2,5 keer zwakker was dan de meest recente modellen voorspellen voor een object van deze massa," zei Close.
“Theorie voorspelt dat dit lage-massa, koele object ongeveer 50 Jupiter-massa zou hebben. Maar de theorie is onjuist: dit object is inderdaad tussen 88 en 98 Jupiter-massa's. ”
Deze nieuwe bevindingen dagen daarom de huidige ideeën over de bruine dwergpopulatie en het mogelijke bestaan van wijdverbreide "vrij zwevende" extrasolaire planeten uit.
Als jonge objecten die tot nu toe als bruine dwergen werden geïdentificeerd, twee keer zo zwaar zijn als werd aangenomen, moeten velen eerder sterren met een lage massa zijn. En objecten die onlangs zijn geïdentificeerd als "vrij zwevende" planeten, zijn op hun beurt waarschijnlijk bruine dwergen met een lage massa.
Voor Close en zijn collega's: "deze ontdekking zal astronomen dwingen om opnieuw na te denken over de massa van de kleinste in de natuur geproduceerde objecten."
Meer informatie
Het hier gepresenteerde werk verschijnt als een brief in het nummer van 20 januari van Nature ("Een dynamische kalibratie van de relatie tussen massa en helderheid bij zeer lage stellaire massa's en jonge leeftijden" door L. Close et al.).
Opmerkingen
[1]: Het team bestaat uit Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek en Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, VS), Rainer Lenzen en Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Duitsland), Jose C. Guirado (Universiteit van Valencia, Spanje) en Markus Hartung en Chris Lidman (ESO-Chili).
[2]: De NACO SDI-camera is een uniek type camera dat gebruik maakt van adaptieve optiek, waardoor de vervagingseffecten van de aardatmosfeer worden verwijderd om extreem scherpe beelden te produceren. SDI splitst licht van een enkele ster in vier identieke afbeeldingen en laat de resulterende bundels vervolgens door vier iets andere (methaangevoelige) filters gaan. Wanneer de gefilterde lichtstralen de detectorarray van de camera raken, kunnen astronomen de beelden aftrekken zodat de heldere ster verdwijnt, waardoor een zwakker, koeler object wordt onthuld dat anders verborgen is in de halo van het verstrooide licht van de ster ("schittering"). Unieke beelden van Saturnus 'satelliet Titan, eerder verkregen met NACO SDI, werden gepubliceerd in ESO PR 09/04.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
