Ein Forschungsbericht eines internationalen Teams von Astronomen [2] liefert gute Argumente dafür, aber die endgültige Antwort wartet nun auf weitere Beobachtungen.
In den letzten Jahren enthüllten astronomische Bilder mehrmals schwache Objekte, die in der Nähe von viel helleren Sternen gesehen wurden. Es wurde angenommen, dass einige davon Exoplaneten umkreisen, aber nach weiteren Untersuchungen konnte keiner von ihnen dem wirklichen Test standhalten. Einige erwiesen sich als schwache Sternbegleiter, andere waren völlig unabhängige Hintergrundsterne. Dieser kann durchaus anders sein.
Im April dieses Jahres entdeckte das Team europäischer und amerikanischer Astronomen einen schwachen und sehr roten Lichtpunkt in der Nähe (in einem Winkelabstand von 0,8 Bogensekunden) eines Braunzwergobjekts mit der Bezeichnung 2MASSWJ1207334-393254. Auch als "2M1207" bekannt, ist dies ein "ausgefallener Stern", d. H. Ein Körper, der zu klein ist, als dass sich größere Kernfusionsprozesse in seinem Inneren entzündet hätten und nun durch Kontraktion Energie produzieren. Es ist Mitglied der Sternvereinigung TW Hydrae, die sich in einer Entfernung von etwa 230 Lichtjahren befindet. Die Entdeckung wurde mit der von der adaptiven Optik unterstützten NACO-Einrichtung [3] am 8,2 m langen VLT Yepun-Teleskop am ESO Paranal Observatory (Chile) gemacht.
Das schwache Objekt ist mehr als 100-mal schwächer als 2M1207 und sein Nahinfrarotspektrum wurde im Juni 2004 von NACO an der technischen Grenze der leistungsstarken Anlage mit großem Aufwand aufgenommen. Dieses Spektrum zeigt die Signaturen von Wassermolekülen und bestätigt, dass das Objekt vergleichsweise klein und leicht sein muss.
Keine der verfügbaren Beobachtungen widerspricht, dass es sich möglicherweise um einen Exoplaneten im Orbit um 2M1207 handelt. Unter Berücksichtigung der Infrarotfarben und der Spektraldaten deuten die Berechnungen des Evolutionsmodells auf einen Planeten mit 5 Jupitermassen im Orbit um 2M1207 hin. Dennoch erlauben sie noch keine eindeutige Entscheidung über die wahre Natur dieses faszinierenden Objekts. Die Astronomen bezeichnen es daher als „Giant Planet Candidate Companion (GPCC)“ [4].
Es werden nun Beobachtungen gemacht, um festzustellen, ob die Bewegung am Himmel von GPCC mit der eines Planeten kompatibel ist, der 2M1207 umkreist. Dies sollte spätestens innerhalb von 1-2 Jahren sichtbar werden.
Nur ein Lichtfleck
Seit 1998 untersucht ein Team europäischer und amerikanischer Astronomen [2] die Umgebung junger, nahegelegener „Sternassoziationen“, d. H. Großer Konglomerate überwiegend junger Sterne und der Staub- und Gaswolken, aus denen sie kürzlich gebildet wurden.
Die Sterne in diesen Assoziationen sind ideale Ziele für die direkte Abbildung substellarer Gefährten (Planeten oder Braune Zwergobjekte). Der Leiter des Teams, der ESO-Astronom Gael Chauvin, merkt an, dass „substellare Objekte unabhängig von ihrer Natur in jungen Jahren - zig Millionen Jahre - viel heißer und heller sind und daher leichter erkannt werden können als ältere Objekte ähnlicher Masse“.
Das Team konzentrierte sich insbesondere auf das Studium der TW Hydrae Association. Es befindet sich in Richtung des Sternbildes Hydra (Die Wasserschlange) tief unten am südlichen Himmel in einer Entfernung von etwa 230 Lichtjahren. Zu diesem Zweck nutzten sie die NACO-Anlage [3] am 8,2 m langen VLT Yepun-Teleskop, einem der vier Riesenteleskope am ESO Paranal Observatory im Norden Chiles. Die adaptive Optik (AO) des Instruments überwindet die durch atmosphärische Turbulenzen verursachte Verzerrung und erzeugt extrem scharfe Bilder im nahen Infrarot. Der Infrarot-Wellenfrontsensor war ein wesentlicher Bestandteil des AO-Systems für den Erfolg dieser Beobachtungen. Dieses einzigartige Instrument erfasst die Verformung des Nahinfrarotbildes, d. H. In einem Wellenlängenbereich, in dem Objekte wie 2M1207 (siehe unten) viel heller sind als im sichtbaren Bereich.
Die TW Hydrae Association enthält einen Stern mit einem umlaufenden braunen Zwergbegleiter, ungefähr die 20-fache Masse des Jupiters, und vier Sterne, die von staubigen protoplanetaren Scheiben umgeben sind. Braune Zwergobjekte sind „gescheiterte Sterne“, d. H. Körper, die zu klein sind, als dass sich Kernprozesse in ihrem Inneren entzündet hätten und nun durch Kontraktion Energie produzieren. Sie senden fast kein sichtbares Licht aus. Wie die Sonne und die Riesenplaneten im Sonnensystem bestehen sie hauptsächlich aus Wasserstoffgas, möglicherweise mit wirbelnden Wolkengürteln.
Bei einer Reihe von Belichtungen mit verschiedenen optischen Filtern entdeckten die Astronomen einen winzigen roten Lichtfleck, nur 0,8 Bogensekunden vom Braunzwergobjekt 2MASSWJ1207334-393254 der TW Hydrae Association entfernt, oder nur „2M1207“, vgl. PR Foto 26a / 04. Das schwache Bild ist mehr als 100-mal schwächer als das von 2M1207. „Wenn diese Bilder ohne adaptive Optik aufgenommen worden wären, wäre dieses Objekt nicht gesehen worden“, sagt Gael Chauvin.
Christophe Dumas, ein weiteres Mitglied des Teams, ist begeistert: „Der Nervenkitzel, diese schwache Lichtquelle in Echtzeit auf dem Instrumentendisplay zu sehen, war unglaublich. Obwohl es sicherlich viel größer ist als ein Objekt von terrestrischer Größe, ist es ein seltsames Gefühl, dass es tatsächlich das erste Planetensystem ist, das jenseits unseres eigenen jemals abgebildet wurde. “
Exoplanet oder Brauner Zwerg?
Was ist die Natur dieses schwachen Objekts [4]? Könnte es sich um einen Exoplaneten in der Umlaufbahn um dieses junge Braune Zwergobjekt in einer projizierten Entfernung von etwa 8.250 Millionen km handeln (etwa doppelt so groß wie die Entfernung zwischen Sonne und Neptun)?
"Wenn der Kandidatenbegleiter von 2M1207 wirklich ein Planet ist, wäre dies das erste Mal, dass ein gravitationsgebundener Exoplanet um einen Stern oder einen Braunen Zwerg abgebildet wird", sagt Benjamin Zuckerman von der UCLA, Mitglied des Teams und auch der Astrobiologie der NASA Institut.
Mithilfe der hochwinkelauflösenden Spektroskopie mit der NACO-Einrichtung hat das Team den substellaren Status dieses Objekts - jetzt als „Giant Planet Candidate Companion (GPCC)“ bezeichnet - durch Identifizierung breiter Wasserbandabsorptionen in seiner Atmosphäre bestätigt, vgl . PR Foto 26b / 04.
Das Spektrum eines jungen und heißen Planeten wird - wie das GPCC durchaus sein mag - starke Ähnlichkeiten mit einem älteren und massereicheren Objekt wie einem Braunen Zwerg aufweisen. Wenn es sich jedoch nach einigen zehn Millionen Jahren abkühlt, zeigt ein solches Objekt die spektralen Signaturen eines riesigen gasförmigen Planeten wie in unserem eigenen Sonnensystem.
Obwohl das Spektrum von GPCC aufgrund seiner Schwäche ziemlich "verrauscht" ist, konnte das Team ihm eine spektrale Charakterisierung zuweisen, die eine mögliche Kontamination durch extra-galaktische Objekte oder kühle Sterne vom späten Typ mit abnormalem Infrarotüberschuss ausschließt brauner Zwerg.
Nach einer sehr sorgfältigen Untersuchung aller Optionen stellte das Team fest, dass, obwohl dies statistisch sehr unwahrscheinlich ist, die Möglichkeit, dass es sich bei diesem Objekt um einen älteren und massiveren, kühlen Braunen Zwerg im Vordergrund oder Hintergrund handelt, nicht vollständig ausgeschlossen werden kann. Die zugehörige detaillierte Analyse ist in dem resultierenden Forschungsbericht verfügbar, der zur Veröffentlichung in der europäischen Zeitschrift Astronomy & Astrophysics (siehe unten) angenommen wurde.
Implikationen
Der Braune Zwerg 2M1207 hat ungefähr die 25-fache Masse des Jupiters und ist daher ungefähr 42-mal leichter als die Sonne. Als Mitglied der TW Hydrae Association ist sie ungefähr acht Millionen Jahre alt.
Da unser Sonnensystem 4.600 Millionen Jahre alt ist, gibt es keine Möglichkeit, direkt zu messen, wie sich die Erde und andere Planeten in den ersten zehn Millionen Jahren nach der Entstehung der Sonne gebildet haben. Wenn Astronomen jedoch die Umgebung junger Sterne untersuchen können, die jetzt nur noch zig Millionen Jahre alt sind, können sie durch die Beobachtung einer Vielzahl von Planetensystemen, die sich jetzt bilden, unsere eigenen entfernten Ursprünge viel genauer verstehen.
Anne-Marie Lagrange, Mitglied des Teams des Grenoble-Observatoriums (Frankreich), blickt in die Zukunft: „Unsere Entdeckung ist ein erster Schritt zur Erschließung eines völlig neuen Feldes in der Astrophysik: die Bildgebung und spektroskopische Untersuchung von Planetensystemen. Solche Studien werden es Astronomen ermöglichen, die physikalische Struktur und chemische Zusammensetzung von riesigen und schließlich terrestrischen Planeten zu charakterisieren. “
Follow-up-Beobachtungen
Unter Berücksichtigung der Infrarotfarben und der für GPCC verfügbaren Spektraldaten deuten die Berechnungen des Evolutionsmodells auf einen Planeten mit 5 Jupitermassen hin, der etwa 55-mal weiter von 2M1207 entfernt ist als die Erde von der Sonne (55 AU). Die Oberflächentemperatur scheint etwa 10-mal heißer als Jupiter zu sein, etwa 1000 ° C; Dies lässt sich leicht durch die Energiemenge erklären, die während der aktuellen Kontraktionsrate dieses jungen Objekts freigesetzt werden muss (tatsächlich produziert der viel ältere Riesenplanet Jupiter immer noch Energie in seinem Inneren).
Die Astronomen werden nun ihre Forschungen fortsetzen, um zu bestätigen oder zu leugnen, ob sie tatsächlich einen Exoplaneten entdeckt haben. In den nächsten Jahren wollen sie zweifelsfrei feststellen, ob es sich bei dem Objekt tatsächlich um einen Planeten im Orbit um den Braunen Zwerg 2M1207 handelt, indem sie beobachten, wie sich die beiden Objekte durch den Raum bewegen, und herausfinden, ob sie sich zusammen bewegen oder nicht. Sie messen auch die Helligkeit des GPCC bei mehreren Wellenlängen, und es können mehr spektrale Beobachtungen versucht werden.
Es besteht kein Zweifel, dass zukünftige Programme zur Abbildung von Exoplaneten um nahegelegene Sterne, entweder vom Boden mit extrem großen Teleskopen mit speziell entwickelter adaptiver Optik oder aus dem Weltraum mit speziellen Planetensucherteleskopen, stark von den aktuellen technologischen Errungenschaften profitieren werden.
Mehr Informationen
Die in dieser ESO-Pressemitteilung vorgestellten Ergebnisse basieren auf einem Forschungsbericht („Ein Kandidat für einen riesigen Planeten in der Nähe eines jungen braunen Zwergs“ von G. Chauvin et al.), Der zur Veröffentlichung angenommen wurde und bald in der führenden Forschungszeitschrift „ Astronomie und Astrophysik “. Ein Preprint ist hier verfügbar.
Anmerkungen
[1]: Diese Pressemitteilung wird gleichzeitig von ESO und CNRS (auf Französisch) herausgegeben.
[2]: Das Team besteht aus Gael Chauvin und Christophe Dumas (ESO-Chile), Anne-Marie Lagrange und Jean-Luc Beuzit (LAOG, Grenoble, Frankreich), Benjamin Zuckerman und Inseok Song (UCLA, Los Angeles, USA). David Mouillet (LAOMP, Tarbes, Frankreich) und Patrick Lowrance (IPAC, Pasadena, USA). Die amerikanischen Mitglieder des Teams bestätigen die Finanzierung teilweise durch das Astrobiology Institute der NASA.
[3]: Die NACO-Einrichtung (von NAOS / Nasmyth Adaptive Optics System und CONICA / Nahinfrarot-Imager und Spektrograph) am 8,2-m-VLT-Yepun-Teleskop auf Paranal bietet die Möglichkeit, beugungsbegrenzte Nahinfrarotbilder astronomischer Objekte zu erstellen . Es erfasst die Strahlung in diesem Wellenlängenbereich mit dem dichroitischen N90C10; 90 Prozent des Flusses werden zum Wellenfrontsensor und 10 Prozent zur Nahinfrarotkamera CONICA übertragen. Dieser Modus ist besonders nützlich für die scharfe Abbildung von roten und sehr massearmen stellaren oder substellaren Objekten. Der adaptive Optikkorrektor (NAOS) wurde im Rahmen eines ESO-Vertrags von Office National d'Etudes et de Recherches A? Rospatiales (ONERA), Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG) und den LESIA- und GEPI-Laboratorien des Observatoire de gebaut Paris in Frankreich in Zusammenarbeit mit der ESO. Die CONICA-Kamera wurde im Rahmen eines ESO-Vertrags vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) (Heidelberg) und vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Deutschland in Zusammenarbeit gebaut mit ESO.
[4]: Was ist der Unterschied zwischen einem kleinen Braunen Zwerg und einem Exoplaneten? Die Grenzlinie zwischen den beiden wird noch untersucht, aber es scheint, dass ein Braunes Zwergobjekt auf die gleiche Weise wie Sterne gebildet wird, dh durch Kontraktion in einer interstellaren Wolke, während Planeten in stabilen zirkumstellaren Scheiben durch Kollision / Akkretion von Planetesimalen oder Scheiben gebildet werden Instabilitäten. Dies impliziert, dass sich Braune Zwerge schneller (weniger als 1 Million Jahre) als Planeten (~ 10 Millionen Jahre) bilden. Eine andere Möglichkeit, die beiden Arten von Objekten zu trennen, ist die Masse (wie dies auch zwischen Braunen Zwergen und Sternen geschieht): (Riesen-) Planeten sind leichter als etwa 13 Jupiter-Massen (die kritische Masse, die zur Entzündung der Deuteriumfusion benötigt wird), Braune Zwerge sind schwerer. Leider kann die erste Definition in der Praxis nicht verwendet werden, z. B. beim Erkennen eines schwachen Begleiters wie im vorliegenden Fall, da die Beobachtungen keine Informationen über die Art und Weise liefern, wie das Objekt gebildet wurde. Im Gegenteil, das obige Massenkriterium ist in dem Sinne nützlich, dass Spektroskopie und Astrometrie eines schwachen Objekts zusammen mit den geeigneten Evolutionsmodellen die Masse und damit die Natur des Objekts offenbaren können.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
