Astronomowie rozwiązują długoletnią zagadkę ciemności Gliese 229B pomimo jej znacznej masy.
Zespół kierowany przez Caltech odkrył, że brązowy karzeł jest w rzeczywistości bliskim układem podwójnym, składającym się z dwóch brązowych karłów krążących wokół siebie. Odkrycie to zapewnia nowy wgląd w układy podwójne brązowych karłów i stawia nowe pytania dotyczące ich powstawania i występowania w kosmosie.
Odkrycie Gliese 229B: tajemnica brązowego karła
Od czasu jej odkrycia w 1995 roku przez badaczy z Caltech w Obserwatorium Palomar Instytutu napisano setki artykułów na temat Gliese 229B, pierwszego znanego brązowego karła. Jednak wokół tej kuli utrzymuje się paląca tajemnica: jest ona niezwykle przyćmiona, biorąc pod uwagę jej znaczną masę. Zwykle są to brązowe karły – ciała niebieskie cięższe od gazowych olbrzymów Jupiter ale lżejszy od gwiazd – o tej masie powinien emitować znacznie więcej światła. Pomiary wykazały, że Gliese 229B była około 70 razy większa od masy Jowisza, jednak jej jasność nie odpowiadała tej wadze.
Niedawno tę zagadkę rozwiązał międzynarodowy zespół astronomów pod kierownictwem Caltech. Odkryli, że to, co przypuszczano, że jest pojedynczym brązowym karłem, tak naprawdę jest dwoma blisko krążącymi wokół siebie brązowymi karłami o masach około 38 i 34 mas Jowisza, krążących wokół siebie co 12 dni. Zaobserwowana jasność odpowiada oczekiwanej jasności dwóch takich mniejszych, ciemniejszych brązowych karłów, co rozwiązuje wieloletnią zagadkę ciemności Gliese 229B.
Odkrycie i implikacje
„Gliese 229B uznano za brązowego karła z plakatu” – mówi Jerry W. Xuan, absolwent współpracujący z Dimitrim Mawetem, profesorem astronomii Davida Morrisroe. „A teraz wiemy, że przez cały czas myliliśmy się co do natury obiektu. To nie jeden, ale dwa. Po prostu do tej pory nie byliśmy w stanie zbadać separacji tak blisko. Xuan jest głównym autorem nowego badania, opublikowanego dzisiaj (16 października), przedstawiającego wyniki w czasopiśmie Natura. Odrębne niezależne badanie w The Listy do dzienników astrofizycznychprowadzony przez Sama Whitebooka, absolwenta Caltech i Tima Brandta, astronoma współpracującego na Uniwersytecie im Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych w Baltimore również doszedł do wniosku, że Gliese 229B to para brązowych karłów.
Odkrycie prowadzi do nowych pytań o to, jak tworzą się zwarte duety brązowych karłów, takie jak ten, i sugeruje, że podobne układy podwójne brązowego karła – lub nawet egzoplaneta pliki binarne — mogą czekać na odnalezienie. (Egzoplaneta to planeta krążąca wokół gwiazdy innej niż nasze Słońce.)
„To odkrycie, że Gliese 229B jest układem podwójnym, nie tylko rozwiązuje zaobserwowane ostatnio napięcie między jej masą a jasnością, ale także znacznie pogłębia naszą wiedzę na temat brązowych karłów, które leżą na granicy między gwiazdami a planetami-olbrzymami” – mówi Mawet, który jest także starszym pracownikiem naukowym naukowiec przy JPLktórym zarządza Caltech NASA.
Historyczne znaczenie Gliese 229B
Gliese 229B był odkryta w 1995 roku przez zespół Caltech, w skład którego wchodziła Rebecca Oppenheimer, wówczas absolwentka Caltech; Shri Kulkarni, profesor astronomii i planetologii George’a Ellery’ego Hale’a; Keith Matthews, specjalista od instrumentów w Caltech; i inni koledzy. Astronomowie wykorzystali Obserwatorium Palomar do odkrycia, że Gliese 229B zawiera w swojej atmosferze metan – zjawisko typowe dla gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz, ale nie dla gwiazd. Odkrycie to było pierwszym potwierdzonym wykryciem klasy chłodnych obiektów gwiazdopodobnych zwanych brązowymi karłami – brakującym ogniwem między planetami i gwiazdami – o którym twierdzono już około 30 lat wcześniej.
„Widzenie pierwszego obiektu mniejszego od gwiazdy krążącej wokół innego słońca było ekscytujące” – mówi Oppenheimer, współautor nowego badania i astrofizyk w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej. „Wtedy zapoczątkowano chałupniczy przemysł ludzi szukających takich dziwaków, ale przez dziesięciolecia pozostawał on zagadką”.
Zagadkowy półmrok Gliese 229B
Rzeczywiście, prawie 30 lat po odkryciu i setkach obserwacji później, Gliese 229B nadal zadziwiała astronomów swoją nieoczekiwaną ciemnością. Naukowcy podejrzewali, że Gliese 229B mogą być bliźniakami, ale „aby przez 30 lat oba brązowe karły umknęły uwadze astronomów, musiałyby znajdować się bardzo blisko siebie” – mówi Xuan.
Aby rozdzielić Gliese 229B na dwa obiekty, zespół wykorzystał dwa różne instrumenty, oba znajdujące się w Europejskim Obserwatorium Południowym. Bardzo duży teleskop w Chile. Korzystali z POWAGA instrumentu, interferometru, który łączy światło z czterech różnych teleskopów, aby przestrzennie podzielić ciało na dwa, i wykorzystali KRZYCZY+ (CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph o wysokiej rozdzielczości) do wykrywania odrębnych sygnatur widmowych dwóch obiektów. Ta ostatnia metoda polegała na pomiarze ruchu (lub przesunięcia dopplerowskiego) cząsteczek w atmosferze brązowych karłów, co wskazywało, że jedno ciało kierowało się w naszą stronę na Ziemi, a drugie dalej – i odwrotnie, gdy para krążyła wokół siebie.
„Miło jest widzieć, że prawie 30 lat później nastąpił nowy rozwój”, mówi Kulkarni, który nie jest autorem niniejszego artykułu. „Teraz ten system podwójny ponownie ogłusza.”
Wirujący kosmiczny taniec: charakterystyka orbity
Obserwacje prowadzone przez pięć miesięcy wykazały, że duet brązowych karłów, obecnie nazywany Gliese 229Ba i Gliese 229Bb, okrąża się nawzajem co 12 dni w odległości zaledwie 16 razy większej niż odległość między Ziemią a Księżycem. Razem okrążają karła typu M (mniejszą, bardziej czerwoną gwiazdę od naszego Słońca) co 250 lat.
„Te dwa światy krążące wokół siebie mają w rzeczywistości mniejszy promień niż Jowisz. Wyglądałyby dość dziwnie na naszym nocnym niebie, gdybyśmy mieli coś takiego w naszym Układzie Słonecznym” – mówi Oppenheimer. „To najbardziej ekscytujące i fascynujące odkrycie w astrofizyce podgwiazdowej od dziesięcioleci”.
Tajemnica ich powstania
To, jak powstała ta wirująca para kosmicznych kul, wciąż pozostaje tajemnicą. Niektóre teorie mówią, że pary brązowych karłów mogą tworzyć się w wirujących dyskach materii otaczających powstającą gwiazdę. Dysk rozpadłby się na dwa nasiona brązowych karłów, które następnie zostałyby związane grawitacyjnie po bliskim spotkaniu. Czas pokaże, czy te same mechanizmy formowania działają podczas formowania się par planet wokół innych gwiazd.
Przyszłe badania układów podwójnych brązowego karła
W przyszłości zespół chciałby szukać jeszcze bliżej orbitujących układów podwójnych brązowych karłów za pomocą instrumentów takich jak Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), opracowany przez zespół kierowany przez Maweta z Obserwatorium WM Keck na Hawajach , a także nadchodzący wysokiej rozdzielczości spektrograf w podczerwieni do charakteryzacji egzoplanet (HISPEC) Obserwatorium Keck, który jest w budowie w Caltech i innych laboratoriach przez zespół kierowany przez Maweta.
„Fakt, że pierwszy znany towarzysz brązowego karła jest układem podwójnym, dobrze wróży ciągłym wysiłkom zmierzającym do znalezienia kolejnych” – mówi Xuan.
Odniesienie: „Chłodny brązowy karzeł Gliese 229B to bliski układ podwójny” 16 października 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08064-x
Prace sfinansowała NASA i Fundacja Heising-Simons. Inni autorzy Caltech to Yapeng Zhang, 51 Pegasi b Postdoctoral Scholar Research Associate w dziedzinie astronomii; Aniket Sanghi, absolwentka; Konstantin Batygin, profesor nauk planetarnych; oraz Heather Knutson, profesor nauk planetarnych.
