بفضل الكاميرا القوية الجديدة عالية التباين المثبتة في التلسكوب الكبير جدًا ، تم الحصول على صور رفيق منخفض الكتلة قريب جدًا من نجم. وقد سمح هذا لعلماء الفلك بأن يقيسوا كتلة جسم شاب صغير الكتلة بشكل مباشر للمرة الأولى.
الكائن ، أكثر خفوتًا بنسبة 100 مرة من نجمه المضيف ، لا يزال ضخمًا 93 مرة مثل المشتري. ويبدو أنها ثقيلة بمقدار الضعف تقريبًا كما تتوقعها النظرية.
لذلك يشير هذا الاكتشاف إلى أنه بسبب أخطاء في النماذج ، ربما يكون علماء الفلك قد بالغوا في تقدير عدد "الأقزام البنية" الصغيرة والكواكب "العائمة الحرة" خارج المجموعة الشمسية.
مزيج فائز
يمكن تمييز النجم بالعديد من المعلمات. لكن المرء له أهمية قصوى: كتلته. إنها كتلة النجم الذي سيقرر مصيره. لذلك ليس من المستغرب أن يحرص الفلكيون على الحصول على مقياس دقيق لهذه المعلمة.
لكن هذه ليست مهمة سهلة ، خاصة بالنسبة لأقلها ضخامة ، تلك الموجودة على الحدود بين النجوم والأجسام القزمة البنية. الأقزام البنية ، أو "النجوم الفاشلة" ، هي أجسام أكبر حجماً بما يصل إلى 75 مرة من المشتري ، وهي أصغر من أن تشتعل عمليات الاندماج النووي الرئيسية في باطنها.
لتحديد كتلة النجم ، ينظر الفلكيون عمومًا إلى حركة النجوم في نظام ثنائي. ثم تطبيق نفس الطريقة التي تسمح بتحديد كتلة الأرض ، ومعرفة مسافة القمر والوقت الذي يستغرقه القمر الصناعي لإكمال مدار واحد كامل (ما يسمى "قانون كيبلر الثالث"). بنفس الطريقة ، قاموا أيضًا بقياس كتلة الشمس من خلال معرفة المسافة بين الأرض والشمس والوقت - عام واحد - يستغرق كوكبنا للقيام بجولة حول الشمس.
مشكلة الأجسام ذات الكتلة المنخفضة هي أنها باهتة جدًا وغالبًا ما تكون مخفية في وهج النجم الساطع الذي تدور حوله ، أيضًا عند عرضها في التلسكوبات الكبيرة.
ومع ذلك ، وجد علماء الفلك طرقًا للتغلب على هذه الصعوبة. لهذا ، يعتمدون على مزيج من استراتيجية المراقبة المدروسة جيدًا مع أحدث الأدوات.
كاميرا عالية التباين
أولاً ، ينظر الفلكيون الذين يبحثون عن أجسام ذات كتلة منخفضة جدًا إلى النجوم القريبة القريبة لأن الأجسام المصاحبة ذات الكتلة المنخفضة ستكون أكثر سطوعًا عندما تكون صغيرة ، قبل أن تنقبض وتبرد.
في هذه الحالة بالذات ، قام فريق دولي من علماء الفلك [1] بقيادة Laird Close (مرصد ستيوارد ، جامعة أريزونا) بدراسة النجم AB Doradus A (AB Dor A). يقع هذا النجم على بعد حوالي 48 سنة ضوئية ويبلغ عمره 50 مليون سنة "فقط". لأن الموقع في سماء AB Dor A "يتذبذب" ، بسبب الجاذبية الجسدية لجسم يشبه النجم ، كان يعتقد منذ أوائل التسعينات أن AB Dor A يجب أن يكون لديه رفيق منخفض الكتلة.
لتصوير هذا الرفيق والحصول على مجموعة شاملة من البيانات حوله ، استخدم كلوز وزملاؤه أداة جديدة على التلسكوب الكبير جدًا للمرصد الجنوبي الأوروبي. تم تطوير كاميرا البصريات التكيفية الجديدة عالية التباين هذه ، وهي NACO Simualaneous Differential Imager ، أو NACO SDI [2] ، خصيصًا من قبل Laird Close و Rainer Lenzen (معهد ماكس بلانك للفلك في هايدلبرغ ، ألمانيا) لصيد الكواكب خارج المجموعة الشمسية. تعزز كاميرا SDI قدرة VLT ونظام البصريات التكيفية الخاص بها على اكتشاف الصحابة الباهتة التي عادة ما تضيع في وهج النجم الأساسي.
العرض الأول في العالم
بتوجيه هذه الكاميرا نحو AB Dor A في فبراير 2004 ، تمكنوا لأول مرة من تصوير رفيق باهت جدًا - 120 مرة أكثر خفوتًا من نجمه - وبالقرب من نجمه.
يقول ماركوس هارتونج (ESO) ، عضو الفريق: "كان العرض العالمي الأول ممكنًا فقط بسبب القدرات الفريدة لأداة NACO SDI على VLT. في الواقع ، حاول تلسكوب هابل الفضائي اكتشاف الرفيق لكنه فشل في الكشف عنه ، لأنه كان باهتًا جدًا وقريبًا جدًا من وهج النجم الأساسي. "
المسافة الصغيرة بين النجم والرفيق الباهت (0.156 arcsec) هي نفس عرض عملة يورو واحدة (2.3 سم) عند رؤيتها على بعد 20 كم. وقد شوهد الرفيق المسمى AB Dor C على مسافة 2.3 مرة من متوسط المسافة بين الأرض والشمس. يكمل دورة حول نجمه المضيف في 11.75 سنة على مدار غريب الأطوار إلى حد ما.
باستخدام الموقع الدقيق للرفيق ، جنبًا إلى جنب مع النجم المعروف "التمايل" ، يمكن للفلكيين تحديد كتلة الرفيق بدقة. الجسم ، أكثر خفوتًا 100 مرة من نجمه الأساسي المقرب ، لديه عشر كتلة نجمه المضيف ، أي أنه أكبر 93 مرة من المشتري. وبالتالي فهو أعلى قليلاً من حد القزم البني.
باستخدام NACO على VLT ، لاحظ الفلكيون أيضًا AB Dor C عند أطوال موجية قريبة من الأشعة تحت الحمراء لقياس درجة حرارته وإضاءة.
وقال كلوز: "لقد فوجئنا عندما وجدنا أن الرفيق كان أبرد بـ 400 درجة (سيلسيوس) وأضعف 2.5 مرة من أحدث النماذج التي توقعت لشيء من هذه الكتلة".
وتتنبأ النظرية بأن هذا الجسم البارد قليل الكتلة سيبلغ حوالي 50 كتلة المشتري. لكن النظرية غير صحيحة: هذا الجسم يتراوح بين 88 إلى 98 كتلة المشتري ".
وبالتالي فإن هذه النتائج الجديدة تتحدى الأفكار الحالية حول السكان القزم البني والوجود المحتمل لكواكب خارج المجموعة الشمسية "عائمة بحرية" تم نشرها على نطاق واسع.
في الواقع ، إذا كانت الأجسام الصغيرة التي تم تحديدها حتى الآن على أنها أقزام بنية تبلغ ضعف حجمها كما كان يعتقد ، فيجب أن يكون الكثير منها نجومًا منخفضة الكتلة. والأجسام التي تم تحديدها مؤخرًا على أنها كواكب "عائمة بحرية" من المحتمل أن تكون أقزام بنية منخفضة الكتلة.
بالنسبة إلى كلوز وزملائه ، "سيجبر هذا الاكتشاف علماء الفلك على إعادة التفكير في الكتل الأصغر من الأجسام المنتجة في الطبيعة."
معلومات اكثر
يظهر العمل المقدم هنا كرسالة في عدد 20 يناير من الطبيعة ("معايرة ديناميكية لعلاقة اللمعان الجماعي عند كتل نجميّة منخفضة جدًا وأعمار صغيرة" بقلم ل. كلوز وآخرون).
ملاحظات
[1]: يتألف الفريق من Laird M. Close و Eric Nielsen و Eric E. Mamajek و Beth Biller (Steward Observatory، University of Arizona، Tucson، USA) و Rainer Lenzen و Wolfgang Brandner (معهد ماكس بلانك للفلكيين ، هايدلبرغ ، ألمانيا) ، خوسيه سي جويرادو (جامعة فالنسيا ، إسبانيا) ، وماركوس هارتونج وكريس ليدمان (ESO- تشيلي).
[2]: تعد كاميرا NACO SDI نوعًا فريدًا من الكاميرات تستخدم البصريات التكيفية ، والتي تزيل التأثيرات الضبابية لغلاف الأرض لإنتاج صور حادة للغاية. يقسم SDI الضوء من نجم واحد إلى أربع صور متطابقة ، ثم يمرر الحزم الناتجة من خلال أربعة فلاتر مختلفة قليلاً (حساسة للميثان). عندما تصل أشعة الضوء المفلترة إلى مصفوفة كاشف الكاميرا ، يمكن لعلماء الفلك طرح الصور حتى يختفي النجم الساطع ، ويكشف عن جسم أكثر خفوتًا وبرودة مخفيًا في هالة الضوء المتناثرة للنجم ("الوهج"). تم نشر صور فريدة لقمر Saturn الصناعي الذي تم الحصول عليه سابقًا مع NACO SDI في ESO PR 09/04.
المصدر الأصلي: ESO News Release
