Das engste entdeckte Binärsystem

Bildnachweis: Gemini

Dank des adaptiven Optiksystems des Gemini-Observatoriums konnten Astronomen einen Braunen Zwerg erkennen, der einen Stern umkreist, der nur dreimal so weit von der Erde zur Sonne entfernt ist. Dieses neu entdeckte Paar, LHS 2397a, befindet sich nur 46 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist die engste Trennung eines jemals aufgedeckten Doppelsterns. Das in Hawaii ansässige Gemini-Teleskop ist so leistungsstark, weil es einen flexiblen Spiegel verwendet, der der durch die Erdatmosphäre verursachten Unschärfe entgegenwirkt.

Astronomen, die am Gemini-Nordteleskop adaptive Optiktechnologie einsetzen, haben einen Braunen Zwerg beobachtet, der einen Stern mit geringer Masse in einer Entfernung umkreist, die mit der dreifachen Entfernung zwischen Erde und Sonne vergleichbar ist. Dies ist der engste Abstand, der jemals für diese Art von Binärsystem mit direkter Bildgebung gefunden wurde.

Der Rekordfund ist nur eines von einem Dutzend leichter binärer Systeme, die in der Studie beobachtet wurden. Zusammen bieten sie eine neue Perspektive auf die Bildung von Sternensystemen und wie sich kleinere Körper im Universum (einschließlich großer Planeten) bilden könnten.

"Durch die Verwendung der erweiterten Bildgebungsfunktionen von Gemini konnten wir dieses binäre Paar klar auflösen, bei dem der Abstand zwischen dem Braunen Zwerg und seinem Mutterstern nur etwa doppelt so groß ist wie der Abstand des Mars von der Sonne", sagte Teammitglied Melanie Freed, eine Doktorandin an der Universität von Arizona in Tucson. Mit einer geschätzten Masse von 38-70 mal der Masse des Jupiter befindet sich der neu identifizierte Braune Zwerg nur dreimal so weit wie der Abstand zwischen Sonne und Erde (oder 3,0 astronomische Einheiten) von seinem Mutterstern. Der Stern, bekannt als LHS 2397a, ist nur 46 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Bewegung dieses Objekts am Himmel zeigt an, dass es sich um einen alten Stern mit sehr geringer Masse handelt.

Die vorherige Bildaufzeichnung für die engste Entfernung zwischen einem Braunen Zwerg und seinem Elternteil (einem viel helleren, sonnenähnlichen Stern) war mit 14 AE fast fünfmal größer. Eine astronomische Einheit (AU) entspricht der durchschnittlichen Entfernung zwischen Erde und Sonne oder etwa 150 Millionen Kilometern.

Braune Zwerge, die oft als „gescheiterte Sterne“ dargestellt werden, sind größer als Riesenplaneten wie Jupiter, aber ihre individuellen Massen machen weniger als 8% der Sonnenmasse aus (75 Jupitermassen), sodass sie nicht massereich genug sind, um wie ein Stern zu leuchten. Braune Zwerge werden am besten im Infrarot betrachtet, da Oberflächenwärme freigesetzt wird, wenn sie sich langsam zusammenziehen. Die Entdeckung von Gefährten brauner Zwerge innerhalb von 3 AE eines anderen Sterns ist ein wichtiger Schritt zur Abbildung massereicher Planeten um andere Sterne.

Dieses Team der Universität von Arizona unter der Leitung von Dr. Laird Close verwendete das Gemini-Nordteleskop, um elf andere Begleiter mit geringer Masse zu erkennen, was darauf hindeutet, dass diese binären Paare mit geringer Masse durchaus üblich sind. Die Entdeckung so vieler Paare mit geringer Masse war eine Überraschung angesichts des Arguments, dass die meisten Sterne und Braunen Zwerge mit sehr geringer Masse als Soloobjekte angesehen wurden, die allein durch den Weltraum wanderten, nachdem sie während des Sternentstehungsprozesses aus ihren Sternenkindergärten ausgestoßen worden waren.

"Wir haben die erste adaptive optikbasierte Untersuchung von Sternen mit etwa 1/10 der Sonnenmasse abgeschlossen und festgestellt, dass die Natur Sterne mit geringer Masse nicht diskriminiert, wenn es darum geht, enge binäre Paare zu bilden", sagte Close, ein Assistent Professor für Astronomie an der Universität von Arizona. Dr. Close ist der Hauptautor eines Papiers, das heute auf dem Symposium der Brown Dwarfs International Astronomical Union in Kona, Hawaii, vorgestellt wurde, und er ist der Hauptforscher der Sternuntersuchung mit geringer Masse.

Das Team untersuchte 64 massearme Sterne (ursprünglich von John Gizis von der University of Delaware identifiziert), die in den Bildern mit niedrigerer Auflösung aus der 2MASS-All-Sky-Infrarot-Vermessung als Solosterne erschienen. Nachdem das Team die adaptive Optik von Gemini verwendet hatte, um Bilder zu erstellen, die zehnmal schärfer waren, wurde festgestellt, dass zwölf dieser Sterne enge Begleiter haben. Überraschenderweise stellte das Team von Close fest, dass die Abstände zwischen den Sternen mit geringer Masse und ihren Gefährten erheblich geringer waren als erwartet.

"Wir finden, dass Gefährten von Sternen mit geringer Masse normalerweise nur 4 AE von ihren Primärsternen entfernt sind. Dies ist überraschend nahe beieinander", sagte Teammitglied Nick Siegler, ein Doktorand der Universität von Arizona. "Massivere Binärdateien haben typische Abstände, die näher an 30 AE liegen, und viele Binärdateien sind viel breiter als diese." Die neuen Beobachtungen der Zwillinge, sagte Close, "deuten stark darauf hin, dass Sterne mit geringer Masse keine Gefährten haben, die weit von ihren Vorwahlen entfernt sind." Ähnliche Ergebnisse wurden zuvor von einem Team unter der Leitung von Dr. Eduardo L. Martin vom Institut für Astronomie der Universität von Hawaii in einer mit dem Hubble-Weltraumteleskop durchgeführten Untersuchung von 34 sehr massearmen Sternen und Braunen Zwergen im Plejaden-Cluster gefunden. Diese beiden Untersuchungen zusammen zeigen deutlich, dass es einen faszinierenden Mangel an Braunen Zwergen bei Abständen von mehr als 20 AE von Sternen mit sehr geringer Masse und anderen Braunen Zwergen gibt.

Das Team geht davon aus, dass jeder fünfte massearme Stern einen Begleiter mit einer Trennung im Bereich (3-200 AU) hat. Innerhalb dieses Trennungsbereichs haben Astronomen eine ähnliche Häufigkeit massereicherer Sternbegleiter um größere sonnenähnliche Sterne beobachtet.

Insgesamt deuten diese neuen Ergebnisse darauf hin, dass sich (entgegen der Theorie) Binärdateien mit geringer Masse in einem ähnlichen Prozess wie bei massereicheren Binärdateien bilden können. Tatsächlich trägt dieser Befund zu den wachsenden Beweisen anderer Gruppen bei, dass der Prozentsatz der binären Systeme für Körper ähnlich ist, die den Bereich von einer Sonnenmasse bis zu nur 0,05 Sonnenmassen (oder dem 52-fachen der Jupitermasse) abdecken. Beispielsweise ist eine Gruppe unter der Leitung von Neill Reid vom Space Telescope Science Institute und der University of Pennsylvania zu einem ähnlichen Ergebnis gekommen, wobei eine kleinere Stichprobe von 20 Sternen und Braunen Zwergen mit noch geringerer Masse mit dem Hubble-Weltraumteleskop beobachtet wurde.

Die Tatsache, dass massearme Sterne innerhalb von 5 AE massearme braune Zwergbegleiter haben, ist ebenfalls überraschend, da bei sonnenähnlichen Sternen genau das Gegenteil der Fall ist. Laut Radialgeschwindigkeitsstudien haben nur sehr wenige sonnenähnliche Sterne braune Zwergbegleiter in dieser Entfernung. "Dieser Mangel an Gefährten von Braunen Zwergen innerhalb von 5 AE von sonnenähnlichen Sternen wurde als" Braune Zwergwüste "bezeichnet", bemerkte Close. "Wir sehen jedoch, dass es wahrscheinlich keine Braune Zwergwüste um massearme Sterne gibt."

Diese Ergebnisse bilden wichtige Einschränkungen für Theoretiker, die verstehen wollen, wie sich die Masse eines Sterns auf die Masse und den Abstand der Gefährten auswirkt, die sich damit bilden. "Jedes genaue Modell der Stern- und Planetenbildung muss diese Beobachtungen reproduzieren", sagte Close.

Diese Beobachtungen waren nur aufgrund der Kombination des einzigartig empfindlichen Hokupa-Bildgebungssystems der adaptiven Optik der Universität von Hawaii und der technischen Leistung der Gemini-Teleskope möglich. Die Empfindlichkeit des Hokupa-Systems beruht auf dem von Dr. Francois Roddier entwickelten Konzept der Krümmungswellenfrontabtastung. Die adaptive Optik ist eine zunehmend wichtige Technologie, die den größten Teil der durch die Turbulenzen in der Erdatmosphäre (d. H. Das Funkeln der Sterne) verursachten „Unschärfe“ beseitigt. Dazu wird die Form eines speziellen, kleineren flexiblen Spiegels schnell an die lokalen Turbulenzen angepasst, basierend auf der Echtzeit-Rückmeldung an das Trägersystem des Spiegels aus Beobachtungen des Sterns mit geringer Masse. Hokupa'a kann einzelne Photonen (Lichtteilchen) zählen und so selbst sehr schwache (d. H. Massenarme) Sterne genau schärfen.

Die adaptiven Optikbilder im nahen Infrarot, die mit dem 8-Meter-Gemini-Teleskop in dieser Untersuchung aufgenommen wurden, waren doppelt so scharf wie diejenigen, die mit dem erdumlaufenden 2,4-Meter-Hubble-Weltraumteleskop bei denselben Wellenlängen aufgenommen werden können. Diese Arbeit war die einzige bodengestützte Untersuchung dieser Art und erforderte fünf Nächte über ein Jahr mit dem Hokupa'a-System bei Gemini North.

Es ist wichtig zu beachten, dass die hier verwendeten Entfernungen am Himmel gemessen werden. Die realen Orbitalabstände können geringfügig größer sein, sobald die vollständige Umlaufbahn dieser Binärdateien in Zukunft bekannt ist.

Weitere Mitglieder des Wissenschaftsteams sind James Liebert (Steward Observatory, Universität von Arizona), Wolfgang Brandner (European Southern Observatory, Garching, Deutschland) sowie Eduardo Martin und Dan Potter (Institut für Astronomie, Universität von Hawaii).

Die hier gemeldeten Beobachtungen sind Teil einer laufenden Umfrage. Erste Ergebnisse der ersten 20 massearmen Sterne unserer Umfrage wurden in der Ausgabe vom 1. März 2002 von The Astrophysical Journal Letters, Band 567, Seiten L53-L57 veröffentlicht.

Bilder und Illustrationen zu dieser Pressemitteilung finden Sie im Internet unter: http://www.gemini.edu/media/images_2002-7.html.

Laird Close kann unter 520 / 626-5992, [E-Mail geschützt] kontaktiert werden, nachdem er am 28. Mai in sein Büro zurückgekehrt ist.

Diese Umfrage wurde teilweise vom US-Luftwaffenamt für wissenschaftliche Forschung und dem Steward Observatory der Universität von Arizona unterstützt. Hokupa’a wird von der Adaptive Optics Group der Universität von Hawaii und der National Science Foundation unterstützt.

Das Gemini Observatory ist eine internationale Zusammenarbeit, die zwei identische 8-Meter-Teleskope gebaut hat. Die Teleskope befinden sich in Mauna Kea, Hawaii (Gemini North) und Cerro Pachin in Zentralchile (Gemini South) und bieten somit eine vollständige Abdeckung beider Hemisphären des Himmels. Beide Teleskope verfügen über neue Technologien, mit denen große, relativ dünne Spiegel unter aktiver Kontrolle sowohl optische als auch infrarote Strahlung aus dem Weltraum sammeln und fokussieren können.

Das Gemini-Observatorium bietet den astronomischen Gemeinschaften in jedem Partnerland hochmoderne astronomische Einrichtungen, die die Beobachtungszeit proportional zum Beitrag jedes Landes zuweisen. Neben der finanziellen Unterstützung trägt jedes Land auch erhebliche wissenschaftliche und technische Ressourcen bei. Zu den nationalen Forschungsagenturen, die die Gemini-Partnerschaft bilden, gehören: die US-amerikanische National Science Foundation (NSF), der britische Forschungsrat für Teilchenphysik und Astronomie (PPARC), der kanadische nationale Forschungsrat (NRC) und die chilenische Comisi? N Nacional de Investigaci? n Cientifica y Tecnol? gica (CONICYT), der Australian Research Council (ARC), das argentinische Consejo Nacional de Investigaciones Cient? ficas y T? cnicas (CONICET) und das brasilianische Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient? fico e Tecnol? gico (CNPq ). Das Observatorium wird von der Vereinigung der Universitäten für Forschung in der Astronomie, Inc. (AURA) im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung mit der NSF verwaltet. Die NSF fungiert auch als Exekutivagentur für die internationale Partnerschaft.

Weitere Informationen finden Sie auf der Gemini-Website unter: http://www.us-gemini.noao.edu/media/.

Originalquelle: Gemini-Pressemitteilung

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