ต้องขอบคุณกล้องความคมชัดสูงทรงพลังใหม่ที่ติดตั้งที่กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากทำให้ภาพถ่ายได้รับจากสหายที่มีมวลน้อยมากใกล้กับดาวฤกษ์ สิ่งนี้ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดมวลของวัตถุมวลน้อยที่มีอายุน้อยมากได้โดยตรงเป็นครั้งแรก
วัตถุที่จางกว่าดาวฤกษ์แม่มากกว่า 100 เท่ายังคงมีมวลมากเท่ากับดาวพฤหัส 93 เท่า และดูเหมือนว่าจะหนักเป็นสองเท่าตามทฤษฎีที่คาดการณ์ไว้
การค้นพบครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่าเนื่องจากข้อผิดพลาดในแบบจำลองนักดาราศาสตร์อาจประเมินจำนวนของดาวแคระน้ำตาลและดาวเคราะห์นอกระบบที่ลอยได้อย่างอิสระ
ชุดค่าผสมที่ชนะ
ดาวฤกษ์นั้นสามารถกำหนดพารามิเตอร์ได้หลายตัว แต่สิ่งหนึ่งที่สำคัญที่สุดคือมวลของมัน มันเป็นมวลของดาวฤกษ์ที่จะตัดสินชะตากรรมของมัน ดังนั้นจึงไม่แปลกที่นักดาราศาสตร์จะกระตือรือร้นที่จะได้รับการวัดที่แม่นยำของพารามิเตอร์นี้
อย่างไรก็ตามนี่ไม่ใช่งานง่ายโดยเฉพาะอย่างยิ่งวัตถุที่มีมวลน้อยที่สุดซึ่งอยู่ระหว่างเส้นขอบระหว่างดวงดาวและวัตถุของดาวแคระน้ำตาล ดาวแคระน้ำตาลหรือ "ดาวฤกษ์ที่ล้มเหลว" เป็นวัตถุที่มีมวลมากกว่าดาวพฤหัสถึง 75 เท่าซึ่งเล็กเกินไปสำหรับกระบวนการนิวเคลียร์ฟิวชั่นหลักที่จะติดไฟภายในห้อง
เพื่อตรวจสอบมวลของดาวนักดาราศาสตร์โดยทั่วไปดูการเคลื่อนที่ของดาวในระบบเลขฐานสอง จากนั้นใช้วิธีการเดียวกันที่อนุญาตให้ระบุมวลของโลกรู้ระยะทางของดวงจันทร์และเวลาที่ดาวเทียมใช้ในการโคจรครบหนึ่งวงโคจร (เรียกว่า "กฎข้อที่สามของเคปเลอร์") ในทำนองเดียวกันพวกเขายังวัดมวลของดวงอาทิตย์ด้วยการรู้ระยะทางโลก - อาทิตย์และเวลา - หนึ่งปี - มันใช้เวลาดาวเคราะห์ของเราในการทัวร์รอบดวงอาทิตย์
ปัญหาของวัตถุมวลต่ำคือพวกมันสลัวมากและมักจะถูกซ่อนอยู่ในแสงจ้าของดาวฤกษ์ที่สว่างกว่าที่โคจรรอบพวกมันเช่นกันเมื่อดูในกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่
อย่างไรก็ตามนักดาราศาสตร์พบวิธีที่จะเอาชนะความยากลำบากนี้ได้ สำหรับสิ่งนี้พวกเขาพึ่งพาการผสมผสานระหว่างกลยุทธ์การสังเกตการณ์ที่ได้รับการพิจารณาเป็นอย่างดีกับเครื่องมือที่ทันสมัย
กล้องความคมชัดสูง
อย่างแรกนักดาราศาสตร์ที่ค้นหาวัตถุมวลต่ำมากมองไปที่ดาวฤกษ์ใกล้เคียงที่อายุน้อยเพราะวัตถุสหายมวลต่ำจะสว่างที่สุดในขณะที่ยังอายุน้อยก่อนที่พวกมันจะหดตัวและเย็นตัวลง
ในกรณีนี้ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติ [1] นำโดย Laird Close (Steward Observatory, University of Arizona) ศึกษาดาว AB Doradus A (AB Dor A) ดาวนี้อยู่ห่างออกไปประมาณ 48 ปีแสงและมีอายุเพียง 50 ล้านปีเท่านั้น เนื่องจากตำแหน่งในท้องฟ้าของ AB Dor A“ โยกเยก” เนื่องจากแรงดึงดูดของวัตถุคล้ายดาวมันเชื่อว่ามาตั้งแต่ต้นปี 1990 ที่ AB Dor A ต้องมีสหายที่มีมวลน้อย
ในการถ่ายภาพคู่หูนี้และรับชุดข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับเรื่องนี้ Close และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้เครื่องมือใหม่ในกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของหอดูดาวยุโรปใต้ กล้องปรับเลนส์ความคมชัดสูงตัวใหม่ NACO Simultaneous Differential Imager หรือ NACO SDI [2] ได้รับการพัฒนาเป็นพิเศษโดย Laird Close และ Rainer Lenzen (Max-Planck - สถาบันดาราศาสตร์ในไฮเดลเบิร์กประเทศเยอรมนี) สำหรับการล่าดาวเคราะห์นอกระบบ กล้อง SDI ช่วยเพิ่มความสามารถของ VLT และระบบเลนส์ที่ปรับตัวได้เพื่อตรวจจับสหายจาง ๆ ที่ปกติจะหายไปในแสงจ้าของดาวหลัก
รอบปฐมทัศน์โลก
หันกล้องนี้ไปทาง AB Dor A ในเดือนกุมภาพันธ์ 2004 พวกเขาสามารถถ่ายรูปคู่หูให้จางลงเป็นครั้งแรก - จางกว่าดาวฤกษ์ 120 เท่า - และอยู่ใกล้กับดวงดาวมาก
มาร์คัสฮาร์ตุง (ESO) สมาชิกของทีมกล่าวว่า“ รอบปฐมทัศน์โลกนี้เป็นไปได้เพียงเพราะความสามารถพิเศษของเครื่องมือ NACO SDI บน VLT ในความเป็นจริงกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลพยายาม แต่ไม่สามารถตรวจจับคู่หูได้เนื่องจากมันสลัวเกินไปและอยู่ใกล้แสงจ้าของดาวหลักมากเกินไป”
ระยะทางเล็ก ๆ ระหว่างดาวฤกษ์กับคู่หูจาง ๆ (0.156 อาร์เซค) นั้นเหมือนกับความกว้างของเหรียญยูโรหนึ่ง (2.3 ซม.) เมื่อมองห่างออกไป 20 กม. สหายที่เรียกว่า AB Dor C นั้นถูกมองเห็นในระยะ 2.3 เท่าของระยะทางเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ มันเสร็จสิ้นรอบดาวฤกษ์แม่ในรอบ 11.75 ปีบนวงโคจรที่ค่อนข้างผิดปกติ
ด้วยการใช้ตำแหน่งที่แน่นอนของสหายพร้อมกับ 'วอกแวก' ที่รู้จักกันดีของดาวนักดาราศาสตร์ก็สามารถตรวจสอบมวลของสหายได้อย่างแม่นยำ วัตถุที่จางกว่าดาวฤกษ์หลักที่ใกล้กว่า 100 เท่ามีมวลหนึ่งในสิบของมวลดาวฤกษ์ของมันนั่นคือมีมวลมากกว่าดาวพฤหัสถึง 93 เท่า มันจึงสูงกว่าขีด จำกัด ของดาวแคระน้ำตาลเล็กน้อย
เมื่อใช้ NACO บน VLT นักดาราศาสตร์ก็สังเกตเห็น AB Dor C ที่ความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ ๆ เพื่อวัดอุณหภูมิและความส่องสว่างของมัน
“ เรารู้สึกประหลาดใจที่พบว่าสหายนั้นเย็นกว่าถึง 400 องศาเซลเซียสและยิ่งแย่กว่ารุ่นล่าสุดถึง 2.5 เท่าที่คาดการณ์ไว้สำหรับวัตถุชิ้นนี้” Close กล่าว
“ ทฤษฎีทำนายว่าวัตถุที่เย็นและมีมวลน้อยจะมีมวลประมาณ 50 เท่าดาวพฤหัส แต่ทฤษฎีไม่ถูกต้อง: วัตถุนี้อยู่ระหว่าง 88 ถึง 98 มวลดาวพฤหัส”
การค้นพบใหม่เหล่านี้จึงท้าทายแนวคิดในปัจจุบันเกี่ยวกับประชากรดาวแคระน้ำตาลและการดำรงอยู่ของดาวเคราะห์นอกระบบ“ ลอยฟรี” ที่มีการเผยแพร่อย่างกว้างขวาง
แน่นอนถ้าวัตถุวัยเยาว์ที่ถูกระบุว่าเป็นดาวแคระน้ำตาลมีมวลมากเป็นสองเท่าตามที่คิดไว้หลายคนต้องเป็นดาวมวลน้อย และเมื่อเร็ว ๆ นี้วัตถุที่ถูกระบุว่าเป็นดาวเคราะห์“ ลอยอิสระ” นั้นน่าจะเป็นดาวแคระน้ำตาลมวลต่ำ
สำหรับการปิดและเพื่อนร่วมงานของเขา“ การค้นพบนี้จะบังคับให้นักดาราศาสตร์คิดใหม่ว่าวัตถุขนาดเล็กที่สุดที่ผลิตในธรรมชาติคืออะไร”
ข้อมูลมากกว่านี้
งานนำเสนอที่นี่ปรากฏเป็นจดหมายในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 20 มกราคม (“ การสอบเทียบพลวัตของความสัมพันธ์ระหว่างมวลและความส่องสว่างที่มวลดวงดาวต่ำมากและอายุน้อย” โดย L. Close et al.)
หมายเหตุ
[1]: ทีมประกอบด้วย Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E Mamajek และ Beth Biller (หอสังเกตการณ์มหาวิทยาลัย Steward, มหาวิทยาลัยแอริโซนา, Tucson, USA), Rainer Lenzen และ Wolfgang Brandner (สถาบัน Max-Planck สำหรับ Astronomie, ไฮเดลเบิร์ก, เยอรมนี), Jose C. Guirado (มหาวิทยาลัยวาเลนเซีย, สเปน) และ Markus Hartung และ Chris Lidman (ESO- ชิลี)
[2]: กล้อง NACO SDI เป็นกล้องชนิดพิเศษที่ใช้เลนส์ที่ปรับได้ซึ่งจะกำจัดเอฟเฟกต์การเบลอของบรรยากาศโลกเพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดที่สุด SDI จะแยกแสงจากดาวฤกษ์หนึ่งดวงเป็นภาพที่เหมือนกันสี่ภาพจากนั้นผ่านลำแสงผลลัพธ์ผ่านฟิลเตอร์ที่แตกต่างกันเล็กน้อย เมื่อลำแสงที่ผ่านการกรองกระทบกับชุดตรวจจับของกล้องนักดาราศาสตร์สามารถลบภาพเพื่อให้ดาวสว่างหายไปโดยเผยให้เห็นวัตถุที่เย็นกว่าและเย็นกว่านั้นซ่อนอยู่ในรัศมีแสงกระจัดกระจายของดาว (“ แสงจ้า”) ภาพถ่ายดาวเทียม Titan ของ Saturn ที่ได้รับก่อนหน้านี้ด้วย NACO SDI ได้รับการเผยแพร่ใน ESO PR 09/04
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว ESO
