Naukowcy odkryli rzadki układ poczwórny 82 lata świetlne od Ziemi – parę czerwonych karłów i orbitujące wokół nich dwa brązowe karły.
Te tajemnicze obiekty są zbyt duże, aby można je było uznać za planety, ale jednocześnie zbyt małe, aby mogły zostać gwiazdami. Nie mają bowiem masy pozwalającej na łączenie się atomów i przekształcenie się w pełnoprawne słońca.
W przełomowym odkryciu opublikowanym w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) astronomowie zidentyfikowali niezwykle rzadki hierarchiczny układ poczwórny gwiazd, składający się z pary zimnych brązowych karłów krążących wokół pary młodych czerwonych karłów, znajdujący się 82 lata świetlne od Ziemi w konstelacji Pompy.
Układ, nazwany UPM J1040-3551 AabBab, został zidentyfikowany przez międzynarodowy zespół badawczy pod kierownictwem profesora Zenghua Zhanga z Uniwersytetu Nankińskiego.
Naukowcy dokonali swojego odkrycia, wykorzystując pomiary wspólnej prędkości kątowej wykonane przez sondę Gaia oraz teleskop Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), a następnie kompleksowe obserwacje spektroskopowe i analizę.
Ponieważ ta szeroka para układów podwójnych potrzebuje ponad 100 000 lat na jedno okrążenie, więc ich ruch orbitalny nie jest widoczny przez lata. Naukowcy musieli zatem przeanalizować, jak poruszają się one w tym samym kierunku z tą samą prędkością kątową.
W tym układzie Aab odnosi się do jaśniejszej pary gwiazd Aa i Ab, podczas gdy Bab odnosi się do słabszej pary gwiazd Ba i Bb.
To odkrycie jest szczególnie ekscytujące ze względu na hierarchiczną naturę układu, która jest konieczna, aby orbita pozostała stabilna przez długi czas – powiedział prof. Zhang.
Te dwie pary obiektów krążą wokół siebie niezależnie przez dziesięciolecia, a jednocześnie wokół wspólnego środka masy przez okres ponad 100 000 lat.
Obie pary są oddalone od siebie o 1656 jednostek astronomicznych (j.a.). Jaśniejsza para, UPM J1040-3551 Aab, składa się z dwóch czerwonych karłów o niemal równej masie, które obserwowane w zakresie widzialnym mają barwę pomarańczową.
Z jasnością wizualną 14,6 magnitudo para ta jest około 100 000 razy słabsza niż Gwiazda Polarna w zakresie widzialnym. W rzeczywistości żaden czerwony karzeł nie jest wystarczająco jasny, aby można go było zobaczyć nieuzbrojonym okiem – nawet Proxima Centauri, nasza najbliższa sąsiadka, odległa o 4,2 roku świetlnego. Aby UMP J1040-3551 Aab była widoczna bez pomocy optycznej, musiałaby zostać przesunięta na odległość 1,5 roku świetlnego od Ziemi, co plasowało by ją bliżej niż jakakolwiek inna gwiazda w naszym obecnym kosmicznym sąsiedztwie.
Słabsza para, UPM J1040-3551 Bab, składa się z dwóch znacznie chłodniejszych brązowych karłów, które praktycznie nie emitują światła widzialnego i wydają się około 1000 razy słabsze niż para Aab, gdy obserwuje się je w zakresie bliskiej podczerwieni, gdzie można je najłatwiej wykryć.
Początkowo podejrzewano, że układ UPM J1040-3551 Aab jest układem podwójnym, ze względu na wahające się fotocentrum gwiazdy podczas obserwacji Gaia. Potwierdziła to niezwykła jasność układu – jest on o około 0,7 magnitudo jaśniejszy od pojedynczej gwiazdy o tej samej temperaturze w tej samej odległości, ponieważ łączne światło pochodzące od pary gwiazd o niemal równej masie skutecznie podwaja jasność.
Podobnie, UPM J1040-3551 Bab została zidentyfikowana jako kolejny bliski układ podwójny dzięki niezwykle jasnym pomiarom w podczerwieni w porównaniu z typowymi brązowymi karłami tego samego typu widmowego. Analiza dopasowania widmowego silnie potwierdziła ten wniosek, a szablony układów podwójnych wykazały znacznie lepsze dopasowanie niż szablony pojedynczych obiektów.
Dr Felipe Navarete z brazylijskiego Narodowego Laboratorium Astrofizyki przeprowadził kluczowe obserwacje spektroskopowe, które pomogły scharakteryzować składniki układu.
Za pomocą spektrografu Goodmana zamontowanego na teleskopie Southern Astrophysical Research (SOAR) w Międzyamerykańskim Obserwatorium Cerro Tololo w Chile, dr Navarete uzyskał widma optyczne jaśniejszej pary a także zarejestrował widma bliskiej podczerwieni słabszej pary za pomocą instrumentu TripleSpec zamontowanego na SOAR.
Te obserwacje były trudne ze względu na słabą jasność brązowych karłów – powiedział dr Navarete – ale możliwości SOAR pozwoliły nam zebrać kluczowe dane spektroskopowe niezbędne do zrozumienia natury tych obiektów.
Analiza wykazała, że oba składniki jaśniejszej pary to czerwone karły typu M o temperaturze około 3200 kelwinów i masie stanowiącej około 17% masy Słońca.
Słabsza para to obiekty bardziej egzotyczne: dwa brązowe karły typu T o temperaturze odpowiednio 820 kelwinów i 690 kelwinów.
Brązowe karły to małe i gęste obiekty o małej masie. Brązowe karły w tym układzie mają rozmiary zbliżone do Jowisza, ale ich masa szacowana jest na 10-30 razy większą. W rzeczywistości, w dolnej granicy tego zakresu, obiekty te można uznać za obiekty o masie planetarnej.
To pierwszy odkryty kiedykolwiek układ poczwórny, w którym para brązowych karłów typu T krąży wokół dwóch gwiazd – powiedziała dr MariCruz Gálvez-Ortiz z Centrum Astrobiologii w Hiszpanii, współautorka artykułu.
Odkrycie to stwarza wyjątkowe kosmiczne laboratorium do badania tych tajemniczych obiektów.
W przeciwieństwie do gwiazd, brązowe karły ulegają ciągłemu chłodzeniu przez całe swoje życie, co zmienia ich obserwowalne właściwości, takie jak temperatura, jasność i cechy widmowe.
Proces chłodzenia stwarza fundamentalne wyzwanie w badaniach nad brązowymi karłami, znane jako problem degeneracji wieku i masy.
Pojedynczy brązowy karzeł o określonej temperaturze może być młodszym, mniej masywnym obiektem lub starszym, bardziej masywnym obiektem – astronomowie nie są w stanie odróżnić tych możliwości bez dodatkowych informacji.
Brązowe karły z rozległymi gwiazdowymi towarzyszami, których wiek można ustalić niezależnie, są nieocenione w przełamywaniu tej degeneracji jako punkty odniesienia dla wieku – wyjaśnił profesor Hugh Jones z Uniwersytetu Hertfordshire i współautor artykułu.
UPM J1040-3551 jest szczególnie cenny, ponieważ emisja promieniowania H-alfa z jaśniejszej pary wskazuje, że układ jest stosunkowo młody i ma od 300 milionów do 2 miliardów lat.
Zespół uważa, że parę brązowych karłów (UPM J1040-3551 Bab) potencjalnie będzie można w przyszłości rozdzielić za pomocą techniki obrazowania o wysokiej rozdzielczości, co umożliwi precyzyjne pomiary ich ruchu orbitalnego i mas dynamicznych.
Ten układ oferuje podwójną korzyść dla nauki o brązowych karłach – powiedział współautor badań, profesor Adam Burgasser z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.
Może on służyć jako punkt odniesienia dla wieku, służący kalibracji modeli atmosfer niskotemperaturowych, a także jako punkt odniesienia dla masy, służący do testowania modeli ewolucyjnych, jeśli uda nam się rozdzielić układ podwójny brązowych karłów i prześledzić jego orbitę.
Odkrycie układu UPM J1040-3551 stanowi znaczący postęp w zrozumieniu tych trudnych do uchwycenia obiektów i różnorodnych ścieżek formowania się układów gwiazdowych w pobliżu Słońca.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Rare quadruple star system could unlock mystery of brown dwarfs
- Benchmark brown dwarfs – I. A blue M2 + T5 wide binary and a probable young [M4 + M4] + [T7 + T8] hierarchical quadruple
Źródło: RAS
Na ilustracji: Wizja artystyczna układu UPM J1040−3551 na tle Drogi Mlecznej, obserwowanego przez Gaia. Po lewej stronie UPM J1040−3551 Aa i Ab widoczne są jako odległe jasne pomarańczowe punkty, a wstawka pokazuje te dwie gwiazdy typu M na orbicie. Po prawej stronie, na pierwszym planie, para zimnych brązowych karłów – UPM J1040−3551 Ba i Bb – orbituje wokół siebie przez dziesiątki lat, jednocześnie okrążając UPM J1040−3551 Aab po rozległej orbicie, której pokonanie zajmuje ponad 100 000 lat. Źródło: Jiaxin Zhong/Zenghua Zhang
