Grazie alla nuova potente fotocamera ad alto contrasto installata sul Very Large Telescope, sono state ottenute foto di un compagno a bassa massa molto vicino a una stella. Ciò ha permesso agli astronomi di misurare per la prima volta direttamente la massa di un oggetto giovane e molto basso.
L'oggetto, oltre 100 volte più debole della sua stella ospite, è ancora 93 volte più massiccio di Giove. E sembra essere quasi due volte più pesante di quanto la teoria lo preveda.
Questa scoperta suggerisce quindi che, a causa di errori nei modelli, gli astronomi potrebbero aver sopravvalutato il numero di giovani "nani bruni" e pianeti extrasolari "fluttuanti".
Una combinazione vincente
Una stella può essere caratterizzata da molti parametri. Ma uno è della massima importanza: la sua massa. È la massa di una stella che deciderà il suo destino. Non sorprende quindi che gli astronomi siano desiderosi di ottenere una misura precisa di questo parametro.
Questo non è tuttavia un compito facile, specialmente per quelli meno grandi, quelli al confine tra stelle e oggetti nani marroni. Le nane brune, o "stelle fallite", sono oggetti fino a 75 volte più massicci di Giove, troppo piccoli per essere accesi al suo interno da importanti processi di fusione nucleare.
Per determinare la massa di una stella, gli astronomi generalmente osservano il moto delle stelle in un sistema binario. E quindi applicare lo stesso metodo che consente di determinare la massa della Terra, conoscendo la distanza della Luna e il tempo impiegato dal suo satellite per completare un'orbita completa (la cosiddetta "Terza Legge di Keplero"). Allo stesso modo, hanno anche misurato la massa del Sole conoscendo la distanza Terra-Sole e il tempo - un anno - ci vuole il nostro pianeta per fare un giro intorno al Sole.
Il problema con gli oggetti a bassa massa è che sono molto deboli e spesso sono nascosti nel bagliore della stella più luminosa che orbitano, anche se visti in grandi telescopi.
Gli astronomi hanno tuttavia trovato il modo di superare questa difficoltà. Per questo, si basano su una combinazione di una strategia osservativa ben ponderata con strumenti all'avanguardia.
Fotocamera ad alto contrasto
In primo luogo, gli astronomi alla ricerca di oggetti di massa molto bassa guardano le giovani stelle vicine perché gli oggetti compagni di bassa massa saranno più luminosi mentre sono giovani, prima di contrarsi e rinfrescarsi.
In questo caso particolare, un team internazionale di astronomi [1] guidato da Laird Close (Steward Observatory, Università dell'Arizona), ha studiato la stella AB Doradus A (AB Dor A). Questa stella si trova a circa 48 anni luce di distanza ed ha "solo" 50 milioni di anni. Poiché la posizione nel cielo di AB Dor A “vacilla”, a causa dell'attrazione gravitazionale di un oggetto simile a una stella, dai primi anni '90 si credeva che AB Dor A dovesse avere un compagno di bassa massa.
Per fotografare questo compagno e ottenere una serie completa di dati al riguardo, Close e i suoi colleghi hanno utilizzato un nuovo strumento sul Very Large Telescope dell'Osservatorio europeo meridionale. Questa nuova fotocamera ottica adattiva ad alto contrasto, la NACO Simultanea Differential Imager, o NACO SDI [2], è stata sviluppata appositamente da Laird Close e Rainer Lenzen (Max-Planck-Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania) per la caccia ai pianeti extrasolari. La fotocamera SDI migliora la capacità del VLT e del suo sistema di ottica adattiva di rilevare i compagni deboli che normalmente andrebbero persi nel bagliore della stella primaria.
Un'anteprima mondiale
Girando questa fotocamera verso AB Dor A nel febbraio 2004, furono per la prima volta in grado di immaginare un compagno così debole - 120 volte più debole della sua stella - e così vicino alla sua stella.
Markus Hartung (ESO), membro del team: “Questa anteprima mondiale è stata possibile solo grazie alle capacità uniche dello strumento NACO SDI sul VLT. In effetti, il telescopio spaziale Hubble ha provato ma non è riuscito a rilevare il compagno, poiché era troppo debole e troppo vicino al bagliore della stella primaria. "
La minuscola distanza tra la stella e il debole compagno (0,156 arcsec) è uguale alla larghezza di una moneta da un euro (2,3 cm) se vista a 20 km di distanza. Il compagno, chiamato AB Dor C, fu visto ad una distanza di 2,3 volte la distanza media tra la Terra e il Sole. Completa un ciclo attorno alla sua stella ospite in 11,75 anni su un'orbita piuttosto eccentrica.
Utilizzando la posizione esatta del compagno, insieme al noto "traballare" della stella, gli astronomi potrebbero quindi determinare con precisione la massa del compagno. L'oggetto, oltre 100 volte più debole della sua stella primaria vicina, ha un decimo della massa della sua stella ospite, cioè 93 volte più massiccio di Giove. È quindi leggermente al di sopra del limite nano marrone.
Usando NACO sul VLT, gli astronomi hanno inoltre osservato AB Dor C a lunghezze d'onda del vicino infrarosso per misurare la sua temperatura e luminosità.
"Siamo rimasti sorpresi di scoprire che il compagno era 400 gradi (Celsius) più freddo e 2,5 volte più debole di quanto i modelli più recenti prevedono un oggetto di questa massa", ha detto Close.
“La teoria prevede che questo oggetto freddo e di bassa massa sarebbe di circa 50 masse di Giove. Ma la teoria non è corretta: questo oggetto è in effetti tra 88 e 98 masse di Giove. "
Queste nuove scoperte pertanto sfidano le idee attuali sulla popolazione nana marrone e la possibile esistenza di pianeti extrasolari "fluttuanti" ampiamente pubblicizzati.
In effetti, se i giovani oggetti finora identificati come nane brune sono due volte più grandi di quanto si pensasse, molti devono piuttosto essere stelle di bassa massa. E gli oggetti recentemente identificati come pianeti "fluttuanti" sono a loro volta probabilmente nani bruni a bassa massa.
Per Close e i suoi colleghi, "questa scoperta costringerà gli astronomi a ripensare quali sono realmente le masse degli oggetti più piccoli prodotti in natura".
Maggiori informazioni
Il lavoro presentato qui appare come una lettera nel numero di Nature del 20 gennaio ("Una calibrazione dinamica della relazione massa-luminosità a masse stellari molto basse e giovani" di L. Close et al.).
Appunti
[1]: il team è composto da Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek e Beth Biller (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA), Rainer Lenzen e Wolfgang Brandner (Max-Planck Institut for Astronomie, Heidelberg, Germania), Jose C. Guirado (Università di Valencia, Spagna) e Markus Hartung e Chris Lidman (ESO-Cile).
[2]: la fotocamera NACO SDI è un tipo unico di fotocamera che utilizza un'ottica adattiva, che rimuove gli effetti di sfocatura dell'atmosfera terrestre per produrre immagini estremamente nitide. SDI divide la luce da una singola stella in quattro immagini identiche, quindi passa i raggi risultanti attraverso quattro filtri leggermente diversi (sensibili al metano). Quando i raggi di luce filtrati colpiscono l'array di rivelatori della videocamera, gli astronomi possono sottrarre le immagini in modo che la stella luminosa scompaia, rivelando un oggetto più debole e più freddo altrimenti nascosto nell'alone di luce diffusa della stella ("bagliore"). Immagini uniche del satellite Titano di Saturno, ottenute in precedenza con NACO SDI, sono state pubblicate in ESO PR 09/04.
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
