Благодаря новой мощной высококонтрастной камере, установленной на Очень Большом Телескопе, были получены фотографии спутника с низкой массой, очень близкого к звезде. Это позволило астрономам впервые измерить непосредственно массу молодого объекта с очень низкой массой.
Объект, более чем в 100 раз более слабый, чем его звезда-хозяин, по-прежнему в 93 раза массивнее Юпитера. И кажется, что это почти вдвое тяжелее, чем предсказывает теория.
Следовательно, это открытие свидетельствует о том, что из-за ошибок в моделях астрономы, возможно, переоценили количество молодых «коричневых карликов» и «свободно плавающих» внесолнечных планет.
Выигрышная комбинация
Звезду можно охарактеризовать многими параметрами. Но один из них крайне важен: его масса. Это масса звезды, которая решит ее судьбу. Поэтому неудивительно, что астрономы стремятся получить точную оценку этого параметра.
Это, однако, непростая задача, особенно для наименее массивных, находящихся на границе между звездами и коричневыми карликовыми объектами. Коричневые карлики, или «провальные звезды», - это объекты, масса которых в 75 раз больше, чем у Юпитера, слишком мала, чтобы основные процессы ядерного синтеза могли воспламениться в его внутренней части.
Чтобы определить массу звезды, астрономы обычно смотрят на движение звезд в двойной системе. А затем примените тот же метод, который позволяет определить массу Земли, зная расстояние Луны и время, которое требуется ее спутнику для завершения одной полной орбиты (так называемый «Третий закон Кеплера»). Точно так же они также измерили массу Солнца, зная расстояние от Земли до Солнца и время - один год - нашей планете требуется совершить путешествие вокруг Солнца.
Проблема с объектами малой массы состоит в том, что они очень слабые и часто будут скрыты в ярком свете более яркой звезды, которую они вращают, также при просмотре в больших телескопах.
Астрономы, однако, нашли способы преодолеть эту трудность. Для этого они полагаются на сочетание тщательно продуманной стратегии наблюдений с современными инструментами.
Высококонтрастная камера
Во-первых, астрономы, которые ищут объекты с очень малой массой, смотрят на близлежащие молодые звезды, потому что объекты-спутники с малой массой будут ярче, пока они молоды, прежде чем они сжимаются и остывают.
В этом конкретном случае международная команда астрономов [1] во главе с Лэрдом Клоузом (обсерватория Стюарда, Университет Аризоны) изучала звезду А. Б. Дорадуса А (А. Б. Дор А). Эта звезда расположена на расстоянии около 48 световых лет и ей всего 50 миллионов лет. Поскольку положение в небе AB Dor A «колеблется» из-за гравитационного притяжения звездообразного объекта, с начала 1990-х годов считалось, что AB Dor A должен иметь спутника малой массы.
Чтобы сфотографировать этого спутника и получить исчерпывающий набор данных о нем, Клоуз и его коллеги использовали новый инструмент на очень большом телескопе Европейской южной обсерватории. Эта новая высококонтрастная адаптивная оптическая камера, NACO, одновременный дифференциальный имидж-сканер, или NACO SDI [2], была специально разработана Laird Close и Rainer Lenzen (Институт астрономии им. Макса Планка в Гейдельберге, Германия) для охоты на внесолнечные планеты. Камера SDI расширяет возможности VLT и его адаптивной оптической системы для обнаружения слабых спутников, которые обычно теряются в ярком свете основной звезды.
Мировая премьера
Повернув эту камеру в сторону AB Dor A в феврале 2004 года, они впервые смогли изобразить спутника, настолько слабого - в 120 раз слабее его звезды - и около его звезды.
Маркус Хартунг (ESO), член команды: «Эта мировая премьера была возможна только благодаря уникальным возможностям инструмента NACO SDI на VLT. Фактически, космический телескоп Хаббл пытался, но не смог обнаружить спутника, так как он был слишком слабым и слишком близко к блику первичной звезды ».
Небольшое расстояние между звездой и слабым спутником (0,156 угловых секунд) равно ширине монеты в один евро (2,3 см), если смотреть на расстояние 20 км. Компаньон, которого звали AB Dor C, был замечен на расстоянии, в 2,3 раза превышающем среднее расстояние между Землей и Солнцем. Он завершает цикл вокруг своей ведущей звезды за 11,75 лет на довольно эксцентричной орбите.
Используя точное местоположение спутника, наряду с известным «колебанием» звезды, астрономы могли тогда точно определить массу спутника. Объект, более чем в 100 раз более слабый, чем его близкая первичная звезда, имеет одну десятую массы своей звезды-хозяина, то есть он в 93 раза массивнее Юпитера. Таким образом, он немного выше границы коричневого карлика.
Используя NACO на VLT, астрономы также наблюдали AB Dor C на длинах волн, близких к инфракрасному, чтобы измерить его температуру и светимость.
«Мы были удивлены, обнаружив, что спутник оказался на 400 градусов Цельсия холоднее и в 2,5 раза слабее, чем предсказывают самые последние модели для объекта этой массы», - сказал Клоуз.
«Теория предсказывает, что этот холодный объект с малой массой будет около 50 масс Юпитера. Но теория неверна: этот объект действительно находится между 88 и 98 массами Юпитера ».
Таким образом, эти новые результаты ставят под сомнение современные представления о популяции коричневых карликов и о возможном существовании широко разрекламированных «свободно плавающих» планет-экстрасолей.
Действительно, если молодые объекты, до сих пор идентифицированные как коричневые карлики, были в два раза массивнее, чем считалось, многие из них, скорее всего, были бы звездами малой массы. А объекты, недавно идентифицированные как «свободно плавающие» планеты, в свою очередь, вероятно, будут коричневыми карликами малой массы.
По мнению Клоуз и его коллег, «это открытие заставит астрономов переосмыслить, что на самом деле представляют собой массы самых маленьких объектов, производимых в природе».
Больше информации
Работа, представленная здесь, появляется в виде Письма в номере журнала Nature от 20 января («Динамическая калибровка соотношения масса-светимость при очень низких звездных массах и молодом возрасте» Л. Клоуз и др.).
Ноты
[1]: Команда состоит из Лэрд М. Клоуз, Эрик Нильсен, Эрик Э. Мамайек и Бет Биллер (Обсерватория Стюарда, Университет Аризоны, Тусон, США), Райнер Лензен и Вольфганг Бранднер (Институт Макса Планка по астрономии, Гейдельберг, Германия), Хосе К. Гирадо (Университет Валенсии, Испания) и Маркус Хартунг и Крис Лидман (ESO-Чили).
[2]: камера NACO SDI - это уникальный тип камеры, использующий адаптивную оптику, которая устраняет размытые эффекты земной атмосферы для получения чрезвычайно четких изображений. SDI разделяет свет от одной звезды на четыре одинаковых изображения, а затем пропускает полученные лучи через четыре слегка отличающихся (чувствительных к метану) фильтра. Когда отфильтрованные световые лучи попадают на матрицу детекторов камеры, астрономы могут вычесть изображения, чтобы яркая звезда исчезла, обнаружив более слабый, более холодный объект, в противном случае скрытый в ореоле рассеянного света звезды («блики»). Уникальные снимки сатурнского спутника Титан, полученные ранее с помощью NACO SDI, были опубликованы в ESO PR 09/04.
Источник: ESO News Release
