Kunstenaarsillustratie van bruin dwerg binair paar. Klik om te vergroten.
Een van de moeilijkste taken voor astronomen is om erachter te komen hoe groot verre objecten zijn. De Hubble-ruimtetelescoop heeft astronomen geholpen de massa te meten van een binair paar bruine dwergen - mislukte sterren - terwijl ze om elkaar heen draaien. Een dwerg is 55 keer de massa van Jupiter en de andere is 35 keer de massa. Elk zou 80 keer de massa van Jupiter moeten zijn voordat ze genoeg massa hadden om een fusiereactie te doen ontbranden.
Voor het eerst zijn astronomen erin geslaagd een binair paar bruine dwergen te wegen en hun diameters nauwkeurig te meten. Dit soort exacte metingen zijn niet mogelijk bij het observeren van een enkele bruine dwerg.
Omdat hun banen aan de rand van de aarde zijn gericht, passeren de dwergen voor elkaar, waardoor verduisteringen ontstaan. Dit is het eerste bruine dwergverduisterende binaire bestand dat ooit is ontdekt. Het paar biedt een ongebruikelijke mogelijkheid om de massa's en diameters van de dwergen nauwkeurig te bepalen, door cruciale tests van theoretische modellen te bieden.
Een bruine dwerg is een weinig begrepen tussenliggende klasse van hemellichamen die te klein is om waterstoffusiereacties te ondersteunen, zoals die welke onze zon aandrijven. Bruine dwergen zijn echter tientallen keren massiever dan de grootste planeet van het zonnestelsel, Jupiter, en dus te groot om een planeet te zijn.
De ontdekking van de gepaarde bruine dwergen en de kritische metingen worden vandaag in het wetenschappelijke tijdschrift Nature gerapporteerd door een team van astronomen: Jeff Valenti van het Space Telescope Science Institute (STScI), Robert Mathieu van de University of Wisconsin-Madison en Keivan Stassun van Vanderbilt University.
Eén dwerg is 55 keer de massa van Jupiter; de andere is 35 keer heftiger dan Jupiter (met een foutmarge van 10 procent). Om te kwalificeren als een ster en waterstof te verbranden door middel van kernfusie, zouden de dwergen 80 keer zwaarder moeten zijn dan Jupiter. Ter vergelijking: de zon is 1000 keer zo zwaar als Jupiter.
De astronomen zijn verrast om te ontdekken dat de zwaardere bruine dwerg de koelere van het paar is, in tegenstelling tot alle voorspellingen over bruine dwergen van dezelfde leeftijd. Ofwel zijn de twee niet van dezelfde leeftijd en kunnen ze gevangen lichamen zijn, ofwel zijn de theoretische modellen onjuist, zeggen onderzoekers.
Het bruine dwergpaar draait zo dicht om elkaar dat ze vanaf de aarde op een enkel object lijken. Omdat hun baan om de baan loopt, lopen de twee objecten periodiek voor elkaar uit of verduisteren ze elkaar. Deze verduisteringen veroorzaken regelmatige dalingen in de helderheid van het gecombineerde licht afkomstig van beide objecten. Door deze occultaties nauwkeurig te timen, konden de astronomen de banen van de twee objecten bepalen. Met deze informatie gebruikten de astronomen de bewegingswetten van Newton om de massa van de twee dwergen te berekenen.
Bovendien berekenden de astronomen de grootte van de twee dwergen door de duur van de dalingen in hun lichtcurve te meten. Omdat ze zo jong zijn, zijn de dwergen opvallend groot voor hun massa: ongeveer dezelfde diameter als de zon. Omdat het paar zich in de Orionnevel bevindt, een nabijgelegen stellaire kraamkamer met sterren van minder dan 10 miljoen jaar oud.
Een analyse van het licht afkomstig van het dwergpaar geeft aan dat de dwergen een roodachtige zweem hebben. Huidige modellen voorspellen ook dat bruine dwergen "weer" zouden moeten hebben - wolkachtige banden en vlekken die vergelijkbaar zijn met die zichtbaar op Jupiter en Saturnus.
Door variaties in het lichtspectrum van het paar te meten, bepaalden de astronomen ook de oppervlaktetemperaturen van de dwergen. Theorie voorspelt dat het zwaardere lid van een paar bruine dwergen een hogere oppervlaktetemperatuur zou moeten hebben. Maar ze vonden precies het tegenovergestelde. De zwaarste van de twee heeft een temperatuur van 4.310 graden Fahrenheit (2.650 graden Kelvin) en de kleinere, 4.562 graden F (2.790 graden K). Deze zijn vergelijkbaar met de oppervlaktetemperatuur van de zon van 9.980 graden F (5800 graden K).
'Een mogelijke verklaring is dat de twee objecten een verschillende oorsprong en leeftijd hebben', zegt Stassun. Als dat het geval is, ondersteunt het een van de resultaten van de laatste inspanningen om het stervormingsproces te simuleren. Deze simulaties voorspellen dat bruine dwergen zo dicht bij elkaar worden gemaakt dat ze elkaars formatie waarschijnlijk zullen verstoren.
De nieuwe waarnemingen bevestigen de theoretische voorspelling dat bruine dwergen beginnen als stervormige objecten, maar krimpen en koelen en naarmate ze ouder worden steeds meer planeetformaat krijgen. Voorheen was de enige bruine dwerg waarvan de massa direct was gemeten veel ouder en zwakker.
Veel astronomen denken dat bruine dwergen misschien wel het meest voorkomende product zijn van het proces van stellaire vorming. Informatie over bruine dwergen kan dus waardevolle nieuwe inzichten verschaffen in de dynamische processen die sterren voortbrengen uit instortende draaikolken van interstellair stof en gas.
Omdat oude bruine dwergen kleiner en zwakker zijn dan echte sterren, hebben astronomen pas de laatste jaren dankzij verbeteringen in de telescooptechnologie honderden zwakke objecten kunnen catalogiseren waarvan ze denken dat ze bruine dwergen zijn. Maar om de bruine dwergen te onderscheiden van andere soorten zwakke objecten, hebben ze een manier nodig om hun massa te schatten, omdat massa een bestemming is voor sterren en sterachtige objecten.
Het bestaan van bruine dwergen werd voor het eerst voorgesteld in de jaren tachtig, maar het duurde tot 2000 voordat een bruine dwerg ondubbelzinnig werd ontdekt. Terwijl bruine dwergen hypothetische objecten waren, onderscheiden astronomen ze van planeten door de manier waarop ze zich vormden. Op dezelfde manier worden bruine dwergen en sterren gevormd uit een instortende wolk van interstellair stof en gas. Planeten zijn opgebouwd uit de schijven van stof en gas die de sterren omringen. Toen astronomen de eerste kandidaat-bruine dwerg ontdekten, realiseerden ze zich dat dwergen heel moeilijk te onderscheiden zijn van planeten, vooral als ze stellaire metgezellen hebben. Dus een groeiende groep astronomen geeft er de voorkeur aan om bruine dwergen te definiëren als objecten die 13 tot 80 keer zwaarder zijn dan Jupiter.
De onderzoekers maakten de waarnemingen met twee sets telescopen in de Chileense Andes, ongeveer 160 kilometer ten noorden van Santiago: het Small and Moderate Aperture Research Telescope System (SMARTS), beheerd door een consortium met onder meer het Space Telescope Science Institute en de Vanderbilt University, en de International Gemini Observatory, beheerd door de National Science Foundation.
Oorspronkelijke bron: Hubble News Release
