Een internationaal team van astronomen heeft nauwkeurig de straal en massa bepaald van de kleinste tot nu toe bekende kernverbrandende ster.
De waarnemingen zijn uitgevoerd in maart 2004 met de FLAMES-multivezel-spectrograaf op de 8,2 m VLT Kueyen-telescoop van de ESO Paranal Observatory (Chili). Ze maken deel uit van een groot programma dat gericht is op het meten van nauwkeurige radiale snelheden voor zestig sterren waarvoor tijdens het OGLE-onderzoek een tijdelijke helderheidsdip is waargenomen.
De astronomen ontdekken dat de dip in de lichtkromme van de ster die bekend staat als OGLE-TR-122 wordt veroorzaakt door een zeer kleine stellaire metgezel, die deze zonne-achtige ster eens in de 7,3 dagen overschaduwt.
Deze metgezel is 96 keer zwaarder dan planeet Jupiter, maar slechts 16% groter. Het is voor het eerst dat directe waarnemingen aantonen dat sterren die minder zwaar zijn dan 1/10 van de zonnemassa bijna even groot zijn als reuzenplaneten. Met dit feit zal uiteraard rekening moeten worden gehouden bij de huidige zoektocht naar transiterende exoplaneten.
Bovendien hebben de waarnemingen met de Very Large Telescope geleid tot de ontdekking van zeven nieuwe verduisterende binaries, die sterren herbergen met een massa van minder dan een derde van de massa van de zon, een echt bonanza voor de astronomen.
De OGLE-enquête
Wanneer een planeet toevallig voor zijn moederster passeert (gezien vanaf de aarde), blokkeert hij een klein deel van het licht van de ster uit ons zicht [1].
Deze "planetaire transits" zijn van groot belang omdat ze astronomen in staat stellen op unieke wijze de massa en de straal van exoplaneten te meten. Er zijn daarom verschillende onderzoeken gaande die proberen deze zwakke handtekeningen van andere werelden te vinden.
Een van deze programma's is de OGLE-enquête die oorspronkelijk was ontworpen om microlensingsgebeurtenissen te detecteren door de helderheid van een zeer groot aantal sterren over langere tijdsintervallen te bewaken. In de afgelopen jaren is er ook gezocht naar periodieke, zeer ondiepe "dips" in de helderheid van sterren, veroorzaakt door de regelmatige doorgang van kleine baanobjecten (kleine sterren, bruine dwergen [2] of planeten van Jupiter-formaat). Het OGLE-team heeft sindsdien 177 "kandidaten voor planetaire doorvoer" aangekondigd uit hun onderzoek van enkele honderdduizenden sterren in drie zuidelijke hemelvelden, één in de richting van het Galactisch Centrum, een ander in het sterrenbeeld Carina en het derde in de sterrenbeelden Centaurus / Musca.
De aard van het doorlatende object kan echter alleen worden vastgesteld door opeenvolgende radiale snelheidswaarnemingen van de moederster. De grootte van de snelheidsvariaties (de amplitude) is direct gerelateerd aan de massa van het bijbehorende object en maakt daarom onderscheid tussen sterren en planeten mogelijk als oorzaak van de waargenomen helderheid "dip".
Een bonanza van lage massa sterren
Een internationaal team van astronomen [3] heeft voor dit werk gebruik gemaakt van de 8,2 m VLT Kueyen-telescoop. Profiterend van de multiplexcapaciteit van de FLAMES / UVES-faciliteit die het mogelijk maakt om spectra met een hoge resolutie van maximaal 8 objecten tegelijkertijd te verkrijgen, hebben ze 60 OGLE-kandidaat-sterren voor doorvoer bekeken, waarbij hun radiale snelheden met een nauwkeurigheid van ongeveer 50 m / s [ 4].
Dit ambitieuze programma heeft tot dusver geresulteerd in de ontdekking van vijf nieuwe transiterende exoplaneten (zie bijvoorbeeld ESO PR 11/04 voor de aankondiging van twee daarvan).
De meeste andere door OGLE geïdentificeerde doorgangskandidaten bleken binaries te overschaduwen, dat wil zeggen in de meeste gevallen gewone, kleine en lichte sterren die voor een zonne-achtige ster passeren. Deze extra schat aan gegevens over kleine en lichte sterren is een waar genoegen voor de astronomen.
De relatie tussen massa en straal beperken
Sterren met een lage massa zijn uitzonderlijk interessante objecten, ook omdat de fysieke omstandigheden in hun interieur veel gemeen hebben met die van gigantische planeten, zoals Jupiter in ons zonnestelsel. Bovendien levert een bepaling van de afmetingen van de kleinste sterren indirecte, cruciale informatie op over het gedrag van materie onder extreme omstandigheden [5].
Tot voor kort waren er zeer weinig waarnemingen gedaan en was er weinig bekend over sterren met een lage massa. Op dit moment zijn exacte waarden van de radii alleen bekend voor vier sterren met een massa van minder dan een derde van de massa van de zon (vgl. ESO PR 22/02 voor metingen uitgevoerd met de Very Large Telescope Interferometer) en helemaal geen voor massa's onder een achtste van een zonnemassa.
Deze situatie verandert nu ingrijpend. Waarnemingen met de Very Large Telescope hebben tot nu toe geleid tot de ontdekking van zeven nieuwe verduisterende binaries, die sterren herbergen met massa's onder een derde van de massa van de zon.
Deze nieuwe reeks waarnemingen verdrievoudigt dus bijna het aantal sterren met een lage massa waarvoor nauwkeurige stralen en massa's bekend zijn. En nog beter: een van deze sterren blijkt nu de kleinste te zijn!
Planet-sized sterren
De nieuw gevonden stellaire kabouter is de metgezel van OGLE-TR-122, een vrij afgelegen ster in het Melkwegstelsel, gezien in de richting van het zuidelijke sterrenbeeld Carina.
Uit het OGLE-programma bleek dat OGLE-TR-122 elke 7 dagen 6 uur en 27 minuten een helderheidsdip van 1,5 procent ervaart, die telkens iets meer dan 3 uur (ongeveer 188 minuten) duurt. De FLAMES / UVES-metingen, uitgevoerd gedurende 6 nachten in maart 2004, laten radiale snelheidsvariaties van deze periode zien met een amplitude van ongeveer 20 km / s. Dit is de duidelijke handtekening van een ster met een zeer lage massa, dichtbij de waterstofverbrandingslimiet, die in een baan om OGLE-TR-122 draait. Deze metgezel kreeg de naam OGLE-TR-122b.
Fran? Ois Bouchy van het Observatoire Astronomique Marseille Provence (Frankrijk) legt uit: “In combinatie met de informatie die door OGLE is verzameld, stellen onze spectroscopische gegevens ons nu in staat om de aard van de meer massieve ster in het systeem te bepalen, die zonne-energie lijkt te zijn. Leuk vinden".
Deze informatie kan vervolgens worden gebruikt om de massa en straal van de veel kleinere metgezel OGLE-TR-122b te bepalen. Inderdaad, de diepte (afname van helderheid) van de doorgang geeft een directe schatting van de verhouding tussen de radii van de twee sterren, en de spectroscopische baan geeft een unieke waarde van de massa van de metgezel, zodra de massa van de grotere ster bekend is .
De astronomen ontdekken dat OGLE-TR-122b een elfde van de massa van de zon weegt en een diameter heeft die slechts een achtste is van die van de zon. Dus hoewel de ster nog steeds 96 keer zo zwaar is als Jupiter, is hij slechts 16% groter dan deze gigantische planeet!
Een dichte ster
'Stel je voor dat je 95 keer zijn eigen massa aan Jupiter toevoegt en toch een ster krijgt die slechts iets groter is', stelt Claudio Melo van ESO en lid van het team van astronomen dat de studie heeft gemaakt. "Het object krimpt gewoon om ruimte te maken voor de extra materie en wordt steeds dichter."
De dichtheid van zo'n ster is meer dan 50 keer de dichtheid van de zon.
"Dit resultaat toont het bestaan van sterren die opvallend veel op planeten lijken, zelfs van dichtbij", benadrukt Frederic Pont van het Observatorium van Genève (Zwitserland). "Is het niet vreemd om je voor te stellen dat zelfs als we beelden zouden ontvangen van een toekomstige ruimtesonde die zo'n object van dichtbij nadert, het niet gemakkelijk zou zijn om te onderscheiden of het een ster of een planeet is?"
Zoals alle sterren produceert OGLE-TR-122b inderdaad energie in het interieur door middel van kernreacties. Vanwege zijn lage massa is deze interne energieproductie echter erg klein, vooral in vergelijking met de energie die wordt geproduceerd door zijn zonne-achtige begeleidende ster.
Niet minder opvallend is het feit dat exoplaneten die heel dicht bij hun gastster, de zogenaamde "hete Jupiters", in een baan om de aarde liggen, stralen hebben die groter kunnen zijn dan de nieuw gevonden ster. De straal van exoplaneet HD209458b is bijvoorbeeld ongeveer 30% groter dan die van Jupiter. Het is dus aanzienlijk groter dan OGLE-TR-122b!
Masqueraders
Deze ontdekking heeft ook ingrijpende gevolgen voor de voortdurende zoektocht naar exoplaneten. Deze waarnemingen tonen duidelijk aan dat sommige stellaire objecten precies dezelfde fotometrische signalen (helderheidsveranderingen) kunnen produceren als doorgaande Jupiter-achtige planeten [6]. Bovendien heeft de huidige studie aangetoond dat dergelijke sterren niet zeldzaam zijn.
Sterren zoals OGLE-TR-122b zijn dus maskeradeurs onder gigantische exoplaneten en de uiterste zorg is nodig om ze te onderscheiden van hun planetaire neven. Het blootleggen van zulke kleine sterren kan alleen worden gedaan met follow-up spectrale metingen met hoge resolutie met de grootste telescopen. Er is nog werk aan de winkel voor de Very Large Telescope!
Meer informatie
De informatie in dit persbericht is gebaseerd op een onderzoeksartikel dat binnenkort verschijnt als een brief aan de redacteur in het toonaangevende onderzoekstijdschrift "Astronomy & Astrophysics" ("Een transiterende ster van planeetformaat rond OGLE-TR-122" door F. Pont et al.). Het papier is beschikbaar in pdf-formaat op de A & A-website.
Opmerkingen
[1]: Bruine dwergen, of 'mislukte sterren', zijn objecten die tot 75 keer zwaarder zijn dan Jupiter. Ze zijn te klein om grote kernfusieprocessen binnenin te laten ontbranden.
[2]: De straal van een planeet op Jupiter-grootte is ongeveer 10 keer kleiner dan die van een ster van het zonnetype, dwz hij beslaat ongeveer 1/100 van het oppervlak van die ster en blokkeert daarom ongeveer 1% van het sterrenlicht tijdens de doorvoer.
[3]: Het team bestaat uit Fr? D? Ric Pont, Michel Mayor, Didier Queloz en St? Phane Udry van de Geneva Observatory in Zwitserland, Claudio Melo van ESO-Chile, Fran? Ois Bouchy bij Observatoire Astronomique Marseille Provence in Frankrijk , en Nuno Santos van het Astronomisch Observatorium van Lissabon, Portugal.
[4]: Dit komt neer op het meten van een snelheid van 180 km / u. Ter vergelijking: de beweging van de zon veroorzaakt door Jupiter is ongeveer 13 m / s of 47 km / h. Deze beweging is evenredig met de massa van de planeet en omgekeerd evenredig met de vierkantswortel van de afstand tot de ster.
[5]: Voor een normale ster als de zon waarvan de materie zich gedraagt als een perfect gas, is de grootte van de ster evenredig met de massa. Voor sterren met een lage massa worden kwantumeffecten echter belangrijk en wordt de stellaire materie "gedegenereerd", wat veel meer weerstand biedt tegen compressie dan een perfect gas. Voor objecten met een massa van minder dan 75 keer de massa van Jupiter, d.w.z. bruine dwergen, is de materie volledig gedegenereerd en is hun grootte niet afhankelijk van de massa.
[6]: Merk op dat een ver doorgaand object - ster of planeet - altijd een helderheid “dip” zal produceren, hoe helder het ook is. Voor en na de transitie is de geregistreerde helderheid gelijk aan de som van de helderheid van de centrale ster en die van het baanobject. Tijdens de transitie is de geregistreerde helderheid deze som minus het licht dat wordt uitgezonden door dat deel van de centrale ster dat is verduisterd.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
