Erittäin suureen teleskooppiin asennetun tehokkaan uuden korkean kontrastikameran ansiosta on saatu valokuvia pienen massan seuralaisesta, joka on lähellä tähtiä. Tämän ansiosta tähtitieteilijät ovat voineet ensimmäistä kertaa mitata suoraan nuoren, erittäin alhaisen massan esineen massaa.
Kohde, joka on yli 100 kertaa halvempi kuin isäntähti, on edelleen 93 kertaa massiivisempi kuin Jupiter. Ja se näyttää olevan melkein kaksi kertaa raskaampi kuin teoria ennustaa olevan.
Siksi tämä löytö viittaa siihen, että malleissa olevien virheiden vuoksi tähtitieteilijät ovat saattaneet yliarvioida nuorten “ruskeiden kääpiöiden” ja “vapaasti kelluvien” ekstrasolaaristen planeettojen määrää.
Voittava yhdistelmä
Tähti voidaan karakterisoida monilla parametreilla. Mutta yksi on erittäin tärkeä: sen massa. Tähden massa päättää kohtalonsa. Ei siis ole yllättävää, että tähtitieteilijät haluavat saada tarkan mitan tästä parametrista.
Tämä ei kuitenkaan ole helppo tehtävä, etenkin vähiten massiivisille, tähtiä ja ruskeita kääpiökohteita olevalle rajalle. Ruskeat kääpiöt tai ”epäonnistuneet tähdet” ovat esineitä, jotka ovat jopa 75 kertaa massiivisemmat kuin Jupiter, ja ovat liian pieniä tärkeiden ydinfuusioprosessien syttymiseksi sisätiloissa.
Tähden massan määrittämiseksi tähtitieteilijät yleensä katsovat tähtiä liikkeessä binaarisessa järjestelmässä. Ja sitten käytä samaa menetelmää, jonka avulla voidaan määrittää maan massa, tietäen Kuun etäisyys ja aika, joka kuluu satelliitin suorittamiseen yhdellä täydellä kiertoradalla (ns. “Keplerin kolmas laki”). Samalla tavoin he ovat mitanneet myös auringon massan tietämällä Maan ja Auringon etäisyyden ja ajan - yhden vuoden - planeettamme vie kiertueen Auringon ympäri.
Pienmassallisten esineiden ongelmana on, että ne ovat hyvin heikot ja piiloutuvat usein niiden kiertävän kirkkaamman tähden häikäisyyn, myös silloin, kun niitä katsotaan suurilla kaukoputkilla.
Tähtitieteilijät ovat kuitenkin löytäneet tapoja ratkaista tämä vaikeus. Tätä varten he luottavat yhdistelmään harkittua havainnointistrategiaa huipputeknisten välineiden kanssa.
Korkean kontrastin kamera
Ensinnäkin tähtitieteilijät, jotka etsivät erittäin pienimassallisia esineitä, katsovat lähellä olevia nuoria tähtiä, koska pienmassatut kohdeobjektit ovat kirkkaimpia nuorten aikana, ennen kuin ne supistuvat ja jäähtyvät.
Tässä tapauksessa kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä [1], jota johti Laird Close (Stewardin observatorio, Arizonan yliopisto), tutki tähtiä AB Doradus A (AB Dor A). Tämä tähti sijaitsee noin 48 valovuoden päässä ja on “vain” 50 miljoonaa vuotta vanha. Koska sijainti AB Dor A: n taivaalla ”heiluu” tähden kaltaisen esineen painovoiman vetämisen vuoksi 1990-luvun alusta lähtien uskottiin, että AB Dor A: lla on oltava vähämassallinen seuralainen.
Valokuvantamaan tätä seuralaista ja saadakseen kattava tieto siitä, Close ja hänen kollegansa käyttivät uutta instrumenttia Euroopan eteläisen observatorion erittäin suurella kaukoputkella. Laird Close ja Rainer Lenzen (Heidelbergissa, Max-Planck -instrumentti-instituutti, Heidelberg, Saksa) ovat kehittäneet tämän uuden kontrastisen mukautuvan optisen kameran, NACO-samanaikaisen differentiaalikuvan, eli NACO SDI [2], ulkoisten planeettojen metsästykseen. SDI-kamera parantaa VLT: n ja sen mukautuvan optiikkajärjestelmän kykyä havaita heikot seuralaiset, jotka yleensä menetetään ensisijaisen tähden häikäisyssä.
Maailman ensi-ilta
Kääntämällä kameraa kohti AB Dor A: ta helmikuussa 2004, he pystyivät ensimmäistä kertaa kuvaamaan seuralaisen niin heikosti - 120 kertaa heikompi kuin tähti - ja niin lähellä tähteä.
Markus Hartung (ESO), ryhmän jäsen: "Tämä maailman ensi-ilta oli mahdollista vain NACO SDI -soittimen ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi VLT: llä. Itse asiassa Hubble-avaruusteleskooppi yritti, mutta ei onnistunut tunnistamaan seuralaista, koska se oli liian heikko ja liian lähellä ensisijaisen tähden häikäisyä. ”
Pieni etäisyys tähden ja heikon kumppanin välillä (0,156 kaarisekuntia) on sama kuin yhden eurokolikon leveys (2,3 cm), kun se nähdään 20 km: n päässä. Seuralainen, nimeltään AB Dor C, nähtiin etäisyydellä, joka oli 2,3 kertaa keskimääräinen etäisyys maan ja auringon välillä. Se saa päätökseen jakson isäntähtäänsa ympäri 11,75 vuodessa melko epäkeskeisellä kiertoradalla.
Käyttämällä seuralaisen tarkkaa sijaintia yhdessä tähden tunnetun 'heilutuksen' kanssa, tähtitieteilijät voivat sitten määrittää tarkkaan seuralaisen massan. Kohteella, joka on yli sata kertaa kevyempi kuin lähellä olevaa ensisijaista tähteä, on kymmenesosa isäntätähden massasta, ts. Se on 93 kertaa massiivisempi kuin Jupiter. Se on siis hiukan yli ruskean kääpiörajan.
Käyttämällä NACO: ta VLT: ssä, tähtitieteilijät havaitsivat edelleen AB Dor C: tä lähellä infrapuna-aallonpituuksia mittaamaan sen lämpötilan ja valoisuuden.
"Olimme yllättyneitä huomatessamme, että seuralainen oli 400 astetta (Celsius) viileämpi ja 2,5 kertaa heikompi kuin viimeisimmät mallit ennustavat tämän massan esineelle", Close sanoi.
”Teoria ennustaa, että tämä pieni massa, viileä esine olisi noin 50 Jupiter-massaa. Mutta teoria on väärä: tämä esine on todellakin välillä 88-98 Jupiterimassaa. "
Nämä uudet havainnot haastavat siis nykyiset ajatukset ruskeasta kääpiöpopulaatiosta ja laajasti julkistetusta "vapaasti kelluvasta" ekstrasolaarisesta planeetasta.
Itse asiassa, jos nuoret esineet, jotka on tähän mennessä tunnistettu ruskeiksi kääpiöiksi, ovat kaksinkertaisesti massiivisia, kuin ajateltiin, monien on pikemminkin oltava pienmassatähteitä. Ja esineet, jotka on äskettäin tunnistettu "vapaasti kelluviksi" planeetoiksi, ovat puolestaan todennäköisesti pienipainoisia ruskeita kääpiöitä.
Läheiselle ja hänen kollegoilleen "tämä löytö pakottaa tähtitieteilijöitä miettimään, mitkä massat luonnossa tuotettavista pienimmistä esineistä todella ovat".
Lisää tietoa
Täällä esitelty teos ilmestyy kirjeenä Nature-lehden 20. tammikuuta antamassa numerossa (”Massan luminisiteettisuhteen dynaaminen kalibrointi hyvin pienissä tähtimassoissa ja nuorissa ikäissä”, L. Close et al.).
Huomautuksia
[1]: Joukkue koostuu Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek ja Beth Biller (Stewardin observatorio, Arizonan yliopisto, Tucson, USA), Rainer Lenzen ja Wolfgang Brandner (Max-Planckin astronomian instituutti, Heidelberg, Saksa), Jose C. Guirado (Valencian yliopisto, Espanja) ja Markus Hartung ja Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: NACO SDI -kamera on ainutlaatuinen mukautuvaa optiikkaa käyttävä kamera, joka poistaa Maan ilmakehän hämärtyvät vaikutukset erittäin terävien kuvien tuottamiseksi. SDI jakaa valon yhdestä tähdestä neljään samanlaiseen kuvaan, kulkee sitten tuloksena olevat säteet neljän hieman erilaisen (metaaniherkkä) suodattimen läpi. Kun suodatetut valonsäteet osuvat kameran ilmaisinryhmään, tähtitieteilijät voivat vähentää kuvat siten, että kirkas tähti katoaa, paljastaen himmeämmän, viileämmän esineen, joka muuten on piilotettu tähden sironneen valon haloon (“häikäisy”). Ainutlaatuiset kuvat Saturnuksen satelliittititanista, jotka on aikaisemmin saatu NACO SDI: llä, julkaistiin julkaisussa ESO PR 09/04.
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
