Astronomowie uchwycili pierwsze sygnały świetlne niewidocznych dotąd słabych towarzyszy ośmiu jasnych gwiazd.
Wykrywanie słabych obiektów w pobliżu jasnych gwiazd jest bardzo trudne – jednak dzięki połączeniu danych z teleskopu Gaia z naziemnym instrumentem ESO GRAVITY naukowcom udało się uchwycić pierwsze sygnały świetlne mniejszych towarzyszy dużych gwiazd. Technika ta otwiera kuszącą możliwość rejestrowania obrazów planet krążących blisko swoich gwiazd macierzystych.
Czy kiedykolwiek próbowaliście zrobić zdjęcie świetlika obok jasnej latarni ulicznej? Istnieje duże prawdopodobieństwo, że jedyne, co zobaczycie na zdjęciu to blask latarni. Jest to ten sam problem, z którym borykają się astronomowie ścigający słabe, małe gwiazdy lub planety obok jasnych gwiazd.
Aby rozwiązać ten problem, międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Thomasa Winterhaldera, naukowca z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), rozpoczął przeszukiwania katalogu stworzonego przez obserwatorium Gaia, który zawiera setki tysięcy gwiazd, co do których istnieje podejrzenie, że mają towarzysza. Chociaż obiekty towarzyszące nie są wystarczająco jasne, aby Gaia mogła je bezpośrednio zobaczyć, ich obecność prowadzi do niewielkich wahań w orbicie jaśniejszych gwiazd macierzystych, które tylko Gaia może zmierzyć.
W katalogu orbit gwiazd stworzonych przez obserwatium Gaia zespół zidentyfikował osiem gwiazd, które mają być celem GRAVITY – zaawansowanego interferometru bliskiej podczerwieni Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Cerro Paranal w Chile. GRAVITY łączy światło podczerwone z różnych teleskopów, aby wychwycić drobne szczegóły w słabych obiektach, w technice zwanej interferometrią.
Trafienie
Dzięki wyjątkowo bystremu i czułemu oku GRAVITY zespół wychwycił sygnał świetlny wszystkich ośmiu przewidywanych towarzyszy, z których siedmiu było wcześniej nieznanych. Trzy z nich to bardzo małe i słabe gwiazdy, podczas gdy pozostałe pięć to brązowe karły. Są to ciała niebieskie znajdujące się pomiędzy planetami i gwiazdami: bardziej masywne niż najcięższe planety, ale lżejsze i bledsze niż najjaśniejsze gwiazdy. Jeden z brązowych karłów dostrzeżony w tych badaniach krąży wokół swojej gwiazdy macierzystej w takiej samej odległości, jak Ziemia od Słońca. To pierwszy przypadek, gdy brązowy karzeł znajdujący się tak blisko swojej gwiazdy macierzystej może zostać bezpośrednio uchwycony.
Udowodniliśmy, że możliwe jest uchwycenie obrazu słabego towarzysza nawet wówczas, gdy krąży on bardzo blisko jasnego towarzysza – wyjaśnił Winterhalder. To osiągnięcie podkreśla niezwykłą synergię między instrumentami Gaia i GRAVITY. Tylko Gaia może zidentyfikować tak bliskie układy, w których znajduje się gwiazda i „ukryty” towarzysz, a następnie GRAVITY może przejąć obraz mniejszego i słabszego obiektu z niespotykaną dotąd dokładnością.
We wcześniejszych badaniach astronomowie wykorzystali dane Gaia i innego obserwatorium naziemnego do uchwycenia obrazu olbrzymiej gazowej egzoplanety. Planeta ta krąży wokół swojej gwiazdy macierzystej w odległości około 17 razy większej niż odległość Ziemi od Słońca, zakreślając na niebie kąt znacznie szerszy niż typowa separacja towarzyszy zobrazowanych przez GRAVITY w tych nowych badaniach.
Mali towarzysze wywnioskowani z obserwacji Gaia zwykle znajdują się pod niewielkimi kątami separacji, wynoszącymi kilkadziesiąt milisekund, co odpowiada mniej więcej rozmiarowi monety o nominale jednego euro oglądanej z odległości 100 kilometrów.
W naszych obserwacjach dane z obserwatorium Gaia działają jak swego rodzaju drogowskaz – dodał Winterhalder. Wycinek nieba, którą możemy obserwować za pomocą GRAVITY jest bardzo mały, więc musimy wiedzieć, gdzie patrzeć. Niezrównanie precyzyjne pomiary ruchów i pozycji gwiazd dokonywane przez Gaię są niezbędne do zwrócenia naszego instrumentu we właściwym kierunku na niebie.
Drużyna marzeń
Wzajemne uzupełnianie się instrumentów Gaia i GRAVITY wykracza poza wykorzystanie danych pozyskanych przez Gaię do planowania dalszych obserwacji i umożliwienia detekcji. Łącząc oba zestawy danych, naukowcy byli w stanie „zważyć” poszczególne obiekty niebieskie oddzielnie i rozróżnić masę gwiazdy macierzystej i odpowiedniego towarzysza.
GRAVITY zmierzył również kontrast między gwiazdą towarzyszącą a gwiazdą macierzystą w zakresie długości fal w podczerwieni. W połączeniu z szacunkami masy wiedza ta pozwoliła zespołowi ocenić wiek towarzyszy. Co zaskakujące, dwa z brązowych karłów okazały się mniej jasne, niż można by się spodziewać, biorąc pod uwagę ich rozmiar i wiek. Możliwym wyjaśnieniem tego faktu może być to, że same karły mają jeszcze mniejszego towarzysza.
Polowanie na egzoplanety
Po zademonstrowaniu mocy zespołu Gaia-GRAVITY naukowcy z niecierpliwością czekają na wyśledzenie potencjalnych planet towarzyszących gwiazdom wymienionym w katalogu Gaia.
Zdolność do wyodrębnienia niewielkich ruchów blisko położonych par na niebie jest unikalna dla misji Gaia. Następny katalog, który zostanie udostępniony w ramach czwartego wydania danych (DR4), będzie zawierał jeszcze bogatszą kolekcję gwiazd z potencjalnie mniejszymi towarzyszami – zauważył Johannes Sahlmann, naukowiec z zespołu projektu Gaia. Ten wynik otwiera nowe możliwości w poszukiwaniu planet w naszej Galaktyce i obiecuje nam przebłyski nowych odległych światów.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Scientists spot hidden companions of bright stars
- Combining Gaia and GRAVITY: Characterising five new directly detected substellar companions
Źródło: ESA
Na ilustracji: Wizja artystyczna brązowego karła krążącego blisko jasnej gwiazdy. Źródło: ESA
