Afbeelding tegoed: ESO
Met behulp van ESO's Very Large Telescope in Paranal en een reeks telescopen op de grond en in de ruimte in een vier jaar durende studie, heeft een internationaal team van astronomen voor het eerst de massa van een ultrakoude ster en zijn metgezel bruine dwerg gemeten . De twee sterren vormen een binair systeem en draaien om elkaar in ongeveer 10 jaar.
Het team heeft nabij-infraroodbeelden met hoge resolutie verkregen; ter plaatse versloegen ze het vervagende effect van de terrestrische atmosfeer door middel van adaptieve optische technieken. Door de baan die aan de hemel werd geprojecteerd nauwkeurig te bepalen, konden de astronomen de totale massa van de sterren meten. Aanvullende gegevens en vergelijking met stellaire modellen leveren vervolgens de massa van elk van de componenten op.
De zwaarste van de twee sterren heeft een massa van ongeveer 8,5% van de massa van de zon en de bruine dwerggenoot is zelfs lichter, slechts 6% van de zonnemassa. Beide objecten zijn relatief jong met een leeftijd van ongeveer 500 tot 1.000 miljoen jaar.
Deze waarnemingen vormen een beslissende stap in de richting van de nog steeds ontbrekende kalibratie van stellaire evolutiemodellen voor sterren met een zeer lage massa.
Telefoonnummer ster
Hoewel astronomen honderden honderden zeer lage massa-sterren en bruine dwergen hebben gevonden, zijn de fundamentele eigenschappen van deze extreme objecten, zoals massa's en oppervlaktetemperaturen, nog steeds niet goed bekend. In de kosmische dierentuin vertegenwoordigen deze ultra-coole sterren een klasse van "tussenliggende" objecten tussen gigantische planeten - zoals Jupiter - en "normale" sterren die minder zwaar zijn dan onze zon, en daarom is het cruciaal om ze goed te begrijpen op het gebied van stellaire astrofysica .
Het probleem met deze ultrakoude sterren is dat er, in tegenstelling tot normale sterren die waterstof in hun centrale kern verbranden, geen unieke relatie bestaat tussen de helderheid van de ster en zijn massa. De helderheid en oppervlaktetemperaturen van ultrakoude dwergsterren zijn namelijk afhankelijk van zowel hun leeftijd als hun massa. Een oudere, iets zwaardere, ultra-coole dwerg kan dus exact dezelfde temperatuur hebben als een jongere, minder zware.
Het is daarom een basisdoel van de moderne astrofysica om onafhankelijk de massa van een ultra-coole dwergster te verkrijgen. Dit is in principe mogelijk door het bestuderen van objecten die lid zijn van een binair systeem.
Dit is precies wat een internationaal team van astronomen nu heeft gedaan in een vier jaar durende studie van een binair stersysteem met een ultrakoude dwergster, met behulp van een overvloed aan toptelescoopfaciliteiten, waaronder ESO's Very Large Telescope, evenals Keck Ik en Gemini North in Hawaï en ook de Hubble-ruimtetelescoop. Dit systeem - met de telefoonnummer naam 2MASSW J0746425 + 2000321 - bevindt zich op een afstand van 40 lichtjaar.
De astronomen gebruikten beeldvorming met hoge hoekresolutie om beide sterren in het binaire systeem te zien en hun beweging over een periode van vier jaar te meten. Dit is echter gemakkelijker gezegd dan gedaan, omdat de scheiding aan de hemel tussen de twee sterren vrij klein is: tussen 0,13 en 0,22 boogsec. Dit komt overeen met de grootte van een muntstuk van 1 euro, gezien op een afstand van ongeveer 25 km.
Deze scheiding is zo klein dat het normaal gesproken niet mogelijk is om de twee sterren te differentiëren vanwege het vervagende effect van atmosferische turbulentie (het 'zien'). Het is daarom noodzakelijk om de techniek van adaptieve optica te gebruiken. Deze prachtige methode is gebaseerd op het meten van de beeldkwaliteit in realtime en het verzenden van bijbehorende corrigerende signalen tot 100 keer per seconde naar een kleine vervormbare spiegel, die zich voor de detector bevindt. Aangezien de spiegel voortdurend zijn vorm verandert, wordt het storende effect van de turbulentie geneutraliseerd. Toegepast bij de VLT, heeft deze techniek geresulteerd in beelden die minstens tien keer scherper zijn dan het 'zien' en die daardoor veel meer details in de waargenomen objecten laten zien.
Bij de Very Large Telescope gebruikten de astronomen het state-of-the-art adaptieve optiek NACO-instrument. Zegt Herv? Bouy, hoofdauteur van het artikel dat de hier beschreven resultaten presenteert: “NACO biedt de mogelijkheid om in het infrarood te werken en is daarom bij uitstek geschikt voor de studie van ultrakoude sterren, die het meeste licht uitstralen in dit golflengtebereik. Met de combinatie van het hoge rendement van NACO en de VLT en de uitstekende atmosferische omstandigheden die op Paranal heersen, hebben we zeer scherpe beelden van dit binaire stellaire systeem kunnen maken, bijna net zo goed als wanneer de telescoop zich in de ruimte zou bevinden. ”
Ultra-cool en op dieet
Tijdens hun vier jaar durende studie werden zeven verschillende relatieve posities van de twee componenten van het binaire systeem gemeten en Herv? Bouy en zijn medewerkers konden de stellaire banen nauwkeurig bepalen. Ze ontdekken dat de twee sterren eens in de 10 jaar om elkaar heen draaien en dat hun fysieke scheiding slechts 2,5 keer de afstand van de aarde tot de zon is - zoals astronomen zeggen, 2,5 astronomische eenheden. Met behulp van de wetten van Kepler is het vervolgens eenvoudig om de totale massa van het systeem af te leiden. De verkregen waarde is minder dan 15% van de massa van de zon.
De astronomen gebruikten vervolgens de fotometrische gegevens van elke ster verkregen in verschillende golfbanden, evenals spectra verkregen met de Hubble-ruimtetelescoop om de twee objecten in meer detail te bestuderen. Met behulp van de nieuwste stellaire modellen van de groep van de Ecole Normale Supérieur de Lyon ontdekten ze dat beide sterren ongeveer dezelfde oppervlaktetemperatuur hebben, rond 1500 ° C (1800 K). Voor een ster is dit inderdaad ultrakoel - ter vergelijking: de oppervlaktetemperatuur van de zon is meer dan driemaal hoger.
Met behulp van theoretische modellen ontdekte het team ook dat de twee sterren vrij jong zijn (in astrofysische termen) - hun leeftijd is slechts tussen de 500 en 1.000 miljoen jaar. De meer massieve van de twee heeft een massa tussen 7,5 en 9,5% van de massa van de zon, terwijl zijn metgezel een massa heeft tussen 5 en 7% van de zonnemassa.
Objecten die minder dan ongeveer 7% van onze zon wegen, worden afwisselend "Brown Dwarfs", "Failed Stars" of "Super Planets" genoemd. Omdat ze inderdaad geen aanhoudende energieopwekking hebben door thermische kernreacties in hun interieur, lijken veel van hun eigenschappen meer op die van gigantische gasplaneten in ons eigen zonnestelsel zoals Jupiter, dan op sterren zoals de zon.
Het systeem 2MASSW J0746425 + 2000321 bestaat dus blijkbaar uit een bruine dwerg die in een baan draait om een iets zwaardere ultrakoude dwergster. Het is een echte "Rosetta-steen" in het nieuwe veld van stellaire astrofysica met geringe massa en verdere studies zullen zeker waardevollere informatie opleveren over deze objecten in de overgangszone tussen sterren en planeten.
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
