Dank der leistungsstarken neuen kontrastreichen Kamera, die am Very Large Telescope installiert ist, wurden Fotos von einem Begleiter mit geringer Masse in der Nähe eines Sterns aufgenommen. Dies hat es Astronomen ermöglicht, zum ersten Mal direkt die Masse eines jungen Objekts mit sehr geringer Masse zu messen.
Das Objekt, mehr als 100-mal schwächer als sein Wirtsstern, ist immer noch 93-mal so massereich wie Jupiter. Und es scheint fast doppelt so schwer zu sein, wie es die Theorie vorhersagt.
Diese Entdeckung legt daher nahe, dass Astronomen aufgrund von Fehlern in den Modellen möglicherweise die Anzahl junger „brauner Zwerge“ und „frei schwebender“ extrasolarer Planeten überschätzt haben.
Eine gewinnbringende Kombination
Ein Stern kann durch viele Parameter charakterisiert werden. Aber eines ist von äußerster Wichtigkeit: seine Masse. Es ist die Masse eines Sterns, die über sein Schicksal entscheidet. Es ist daher nicht verwunderlich, dass Astronomen daran interessiert sind, ein genaues Maß für diesen Parameter zu erhalten.
Dies ist jedoch keine leichte Aufgabe, insbesondere für die am wenigsten massiven, die sich an der Grenze zwischen Sternen und Braunen Zwergobjekten befinden. Braune Zwerge oder „gescheiterte Sterne“ sind Objekte, die bis zu 75-mal so massereich sind wie Jupiter und zu klein, als dass sich größere Kernfusionsprozesse in ihrem Inneren entzündet hätten.
Um die Masse eines Sterns zu bestimmen, betrachten Astronomen im Allgemeinen die Bewegung von Sternen in einem binären System. Wenden Sie dann dieselbe Methode an, mit der Sie die Masse der Erde bestimmen können, indem Sie die Entfernung des Mondes und die Zeit kennen, die sein Satellit benötigt, um eine vollständige Umlaufbahn zu erreichen (das sogenannte „Kepler-Gesetz“). Auf die gleiche Weise haben sie auch die Masse der Sonne gemessen, indem sie den Abstand Erde-Sonne und die Zeit - ein Jahr - kannten, die unser Planet benötigt, um eine Tour um die Sonne zu machen.
Das Problem bei Objekten mit geringer Masse besteht darin, dass sie sehr schwach sind und häufig im Glanz des helleren Sterns verborgen sind, den sie umkreisen, auch wenn sie in großen Teleskopen betrachtet werden.
Astronomen haben jedoch Wege gefunden, um diese Schwierigkeit zu überwinden. Dazu setzen sie auf eine Kombination einer durchdachten Beobachtungsstrategie mit modernsten Instrumenten.
Kontrastreiche Kamera
Erstens betrachten Astronomen, die nach Objekten mit sehr geringer Masse suchen, junge Sterne in der Nähe, da Begleitobjekte mit geringer Masse in jungen Jahren am hellsten sind, bevor sie sich zusammenziehen und abkühlen.
In diesem speziellen Fall untersuchte ein internationales Team von Astronomen [1] unter der Leitung von Laird Close (Steward Observatory, Universität von Arizona) den Stern AB Doradus A (AB Dor A). Dieser Stern befindet sich etwa 48 Lichtjahre entfernt und ist „nur“ 50 Millionen Jahre alt. Da die Position von AB Dor A am Himmel aufgrund der Anziehungskraft eines sternförmigen Objekts „wackelt“, wurde seit Anfang der neunziger Jahre angenommen, dass AB Dor A einen massearmen Begleiter haben muss.
Um diesen Begleiter zu fotografieren und umfassende Daten darüber zu erhalten, verwendeten Close und seine Kollegen ein neuartiges Instrument am Very Large Telescope des European Southern Observatory. Diese neue kontrastreiche adaptive Optikkamera, der NACO Simultaneous Differential Imager oder NACO SDI [2], wurde speziell von Laird Close und Rainer Lenzen (Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg) für die Jagd auf extrasolare Planeten entwickelt. Die SDI-Kamera verbessert die Fähigkeit des VLT und seines adaptiven Optiksystems, schwache Begleiter zu erkennen, die normalerweise durch die Blendung des Primärsterns verloren gehen würden.
Eine Weltpremiere
Als sie diese Kamera im Februar 2004 in Richtung AB Dor A drehten, konnten sie sich zum ersten Mal einen Gefährten vorstellen, der so schwach war - 120 Mal schwächer als sein Stern - und so nahe an seinem Stern.
Markus Hartung (ESO), Mitglied des Teams, sagt: „Diese Weltpremiere war nur aufgrund der einzigartigen Fähigkeiten des NACO SDI-Instruments auf dem VLT möglich. Tatsächlich hat das Hubble-Weltraumteleskop versucht, den Begleiter jedoch nicht zu erkennen, da es zu schwach und zu nahe am Glanz des Primärsterns war. “
Der winzige Abstand zwischen dem Stern und dem schwachen Begleiter (0,156 Bogensekunden) entspricht der Breite einer Ein-Euro-Münze (2,3 cm) in 20 km Entfernung. Der Begleiter, AB Dor C genannt, wurde in einer Entfernung von 2,3-mal der mittleren Entfernung zwischen Erde und Sonne gesehen. Es vollendet einen Zyklus um seinen Wirtsstern in 11,75 Jahren auf einer ziemlich exzentrischen Umlaufbahn.
Anhand der genauen Position des Begleiters und des bekannten „Wackelns“ des Sterns konnten die Astronomen dann die Masse des Begleiters genau bestimmen. Das Objekt, mehr als 100-mal schwächer als sein enger Primärstern, hat ein Zehntel der Masse seines Wirtssterns, d. H. Es ist 93-mal massereicher als Jupiter. Es liegt somit leicht über der Braunen Zwerggrenze.
Unter Verwendung von NACO auf dem VLT beobachteten die Astronomen AB Dor C bei Wellenlängen im nahen Infrarot, um seine Temperatur und Leuchtkraft zu messen.
"Wir waren überrascht, dass der Begleiter 400 Grad (Celsius) kühler und 2,5-mal schwächer war als die neuesten Modelle für ein Objekt dieser Masse vorhersagen", sagte Close.
„Die Theorie sagt voraus, dass dieses massenarme, kühle Objekt etwa 50 Jupitermassen haben wird. Aber die Theorie ist falsch: Dieses Objekt liegt tatsächlich zwischen 88 und 98 Jupitermassen. “
Diese neuen Erkenntnisse stellen daher aktuelle Vorstellungen über die Population der Braunen Zwerge und die mögliche Existenz weit verbreiteter „frei schwebender“ extrasolarer Planeten in Frage.
In der Tat, wenn junge Objekte, die bisher als braune Zwerge identifiziert wurden, doppelt so massereich sind wie angenommen, müssen viele eher massearme Sterne sein. Und Objekte, die kürzlich als „frei schwebende“ Planeten identifiziert wurden, sind wahrscheinlich braune Zwerge mit geringer Masse.
Für Close und seine Kollegen "wird diese Entdeckung die Astronomen dazu zwingen, zu überdenken, was Massen der kleinsten in der Natur produzierten Objekte wirklich sind."
Mehr Informationen
Die hier vorgestellte Arbeit erscheint als Brief in der Nature-Ausgabe vom 20. Januar („Eine dynamische Kalibrierung der Masse-Leuchtkraft-Beziehung bei sehr niedrigen Sternmassen und jungen Jahren“ von L. Close et al.).
Anmerkungen
[1]: Das Team besteht aus Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek und Beth Biller (Steward Observatory, Universität von Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen und Wolfgang Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie). Heidelberg (Deutschland), Jose C. Guirado (Universität Valencia, Spanien) sowie Markus Hartung und Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: Die NACO SDI-Kamera ist ein einzigartiger Kameratyp mit adaptiver Optik, der die Unschärfeeffekte der Erdatmosphäre beseitigt und extrem scharfe Bilder erzeugt. SDI teilt das Licht eines einzelnen Sterns in vier identische Bilder auf und leitet die resultierenden Strahlen durch vier leicht unterschiedliche (methanempfindliche) Filter. Wenn die gefilterten Lichtstrahlen auf das Detektorarray der Kamera treffen, können Astronomen die Bilder subtrahieren, sodass der helle Stern verschwindet und ein schwächeres, kühleres Objekt sichtbar wird, das sonst im Streulichthalo des Sterns verborgen ist („Blendung“). Einzigartige Bilder des Saturn-Satelliten Titan, die zuvor mit NACO SDI aufgenommen wurden, wurden in ESO PR 09/04 veröffentlicht.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
