Díky výkonné nové vysoce kontrastní kameře nainstalované ve velmi velkém dalekohledu byly získány fotografie nízkohmotného společníka velmi blízko hvězdy. To umožnilo astronomům poprvé měřit přímo hmotnost mladého velmi nízkohmotného objektu.
Objekt, více než 100krát slabší než jeho hostitelská hvězda, je stále 93krát tak masivní jako Jupiter. A zdá se, že je téměř dvakrát tak těžký, jak to teorie předpovídá.
Tento objev tedy naznačuje, že v důsledku chyb v modelech mohli astronomové přeceňovat počet mladých „hnědých trpaslíků“ a „volně se vznášejících“ extrasolárních planet.
Výherní kombinace
Hvězdu lze charakterizovat mnoha parametry. Ale jeden má nejvyšší význam: jeho hmotnost. O jeho osudu bude rozhodovat hmotnost hvězdy. Není proto žádným překvapením, že astronomové chtějí získat přesnou míru tohoto parametru.
To však není snadný úkol, zejména pro ty nejmenší, ty na hranici mezi hvězdami a hnědými trpasličími předměty. Hnědí trpaslíci neboli „selhávající hvězdy“ jsou objekty, které jsou až 75krát hmotnější než Jupiter, příliš malé na to, aby se ve vnitřku vznítily hlavní procesy jaderné fúze.
K určení hmotnosti hvězdy se astronomové obecně dívají na pohyb hvězd v binárním systému. A pak použijte stejnou metodu, která umožňuje určit hmotnost Země, znát vzdálenost Měsíce a čas, který jeho satelit potřebuje k dokončení jedné plné oběžné dráhy (tzv. „Keplerův třetí zákon“). Stejným způsobem také změřili hmotnost Slunce tím, že znají vzdálenost Země-Slunce a čas - jeden rok - je třeba, aby naše planeta podnikla prohlídku kolem Slunce.
Problém s objekty s nízkou hmotností spočívá v tom, že jsou velmi slabé a často se skryjí v záři jasnější hvězdy, kterou obíhají, a to i při pohledu na velké dalekohledy.
Astronomové však našli způsob, jak tuto obtíž překonat. Proto se spoléhají na kombinaci dobře promyšlené observační strategie s nejmodernějšími nástroji.
Fotoaparát s vysokým kontrastem
Nejprve se astronomové, kteří hledají objekty s velmi nízkou hmotností, dívají na mladé blízké hvězdy, protože doprovodné objekty s nízkou hmotností budou nejjasnější, zatímco budou mladé, než se stáhnou a vychladnou.
V tomto konkrétním případě studoval hvězdu AB Doradus A (AB Dor A) mezinárodní tým astronomů [1] pod vedením Lairda Closea (Steward Observatory, University of Arizona). Tato hvězda se nachází asi 48 světelných let daleko a je „pouze“ 50 milionů let stará. Protože pozice AB Dor A na obloze „kolísá“, díky gravitačnímu tahu hvězdného objektu se od počátku 90. let minulého století věřilo, že AB Dor A musí mít společníka s nízkou hmotností.
K fotografování tohoto společníka a získání uceleného souboru údajů o něm použil Close a jeho kolegové nový nástroj na velmi rozsáhlém dalekohledu Evropské jižní observatoře. Tato nová vysoce kontrastní optická kamera s vysokým kontrastem, Simultánní diferenciální zobrazovač NACO nebo NACO SDI [2], byla speciálně vyvinuta Laird Close a Rainer Lenzen (Max-Planckův institut pro astronomii v německém Heidelbergu) pro lov extrasolárních planet. Kamera SDI zvyšuje schopnost VLT a jeho adaptivního optického systému detekovat slabé společníky, které by za normálních okolností byly ztraceny v záři primární hvězdy.
Světová premiéra
Když otočili tento fotoaparát směrem k AB Dor A v únoru 2004, byli schopni poprvé představit společníka tak slabého - 120krát slabší než jeho hvězda - a tak blízko jeho hvězdy.
Markus Hartung (ESO), člen týmu: „Tato světová premiéra byla možná pouze díky jedinečným schopnostem nástroje NACO SDI na VLT. Ve skutečnosti se Hubbleův kosmický dalekohled pokusil, ale nepodařilo se mu zjistit společníka, protože byl příliš slabý a příliš blízko záři primární hvězdy. “
Malá vzdálenost mezi hvězdou a slabým společníkem (0,156 arcsec) je stejná jako šířka jedné euromince (2,3 cm) při pohledu 20 km daleko. Společník, nazvaný AB Dor C, byl viděn ve vzdálenosti 2,3násobku průměrné vzdálenosti mezi Zemí a Sluncem. Dokončí cyklus kolem své hostitelské hvězdy za 11,75 let na poměrně excentrické oběžné dráze.
Pomocí přesné polohy doprovodu spolu s hvězdnou známou „kolísáním“ mohli astronomové přesně určit hmotnost společníka. Objekt, více než 100krát slabší než jeho blízká primární hvězda, má jednu desetinu hmotnosti své hostitelské hvězdy, tj. Je 93krát hmotnější než Jupiter. Je tedy mírně nad hranicí hnědého trpaslíka.
Použitím NACO na VLT astronomové dále pozorovali AB Dor C na infračervených vlnových délkách, aby změřili jeho teplotu a jas.
"Byli jsme překvapeni, když jsme zjistili, že společník byl o 400 stupňů (Celsia) chladnější a 2,5krát slabší, než nejnovější modely předpovídají pro předmět této hmoty," uvedl Close.
"Teorie předpovídá, že tento nízkohmotný chladný objekt bude asi 50 hmot. Jupiteru." Teorie je však nesprávná: tento objekt je skutečně mezi 88 až 98 masy Jupiteru. “
Tato nová zjištění proto zpochybňují současné představy o populaci hnědých trpaslíků a možné existenci široce propagovaných „volně se vznášejících“ extrasolárních planet.
Pokud jsou mladé předměty, které byly dosud identifikovány jako hnědí trpaslíci, dvakrát tak masivní, jak se myslelo, mnoho z nich musí být spíše hvězdami s nízkou hmotností. A objekty, které byly nedávno identifikovány jako „volně se vznášející“ planety, jsou zase pravděpodobně hnědými trpaslíky s nízkou hmotností.
Pro Closea a jeho kolegy „tento objev přinutí astronomy přehodnotit, jaké masy nejmenších předmětů vyrobených v přírodě skutečně jsou.“
Více informací
Práce zde představená se jeví jako dopis v 20. vydání časopisu Nature („Dynamická kalibrace vztahu hmotnost-svítivost při velmi nízkých hvězdných hmotnostech a mladém věku“ od L. Close a kol.).
Poznámky
[1]: Tým se skládá z Lairda M. Close, Eric Nielsena, Eric E. Mamajka a Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen a Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Německo), Jose C. Guirado (University of Valencia, Španělsko) a Markus Hartung a Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: Fotoaparát NACO SDI je jedinečný typ kamery využívající adaptivní optiku, která odstraňuje rozmazané efekty zemské atmosféry a vytváří extrémně ostré snímky. SDI rozděluje světlo z jedné hvězdy na čtyři identické obrazy a potom prochází výslednými paprsky přes čtyři mírně odlišné filtry (citlivé na metan). Když filtrované světelné paprsky zasáhnou detektorové pole kamery, astronomové mohou obrázky odečíst, takže jasná hvězda zmizí a odhalí slabší, chladnější objekt jinak skrytý v halou rozptýleného světla („oslnění“) hvězdy. Unikátní snímky Saturnova satelitu Titan získané dříve s NACO SDI byly zveřejněny v ESO PR 09/04.
Původní zdroj: ESO News Release
