Potęga największych ziemskich teleskopów pozwoliła po raz pierwszy zmierzyć masę jednej z najmniejszych gwiazd jaką zaobserwowano we Wszechświecie. Karzeł wielkości zaledwie Jowisza ma masę około 8,5 procenta masy Słońca.

Po raz pierwszy z historii zmierzono masę karła typu L, należącego do nowego typu gwiazd o bardzo małej masie. Obiekty te odkryto zaledwie kilka lat temu. Obserwacje te są dużym krokiem naprzód w zrozumieniu obiektów, które znajdują się gdzieś pomiędzy gwiazdami takimi jak Słońce a planetami.

ESA

Zdjęcie przedstawia podwójny układ 2MASSW J0746425+2000321. Na zdjęciu widać jakie teleskopy robiły zdjęcia układu.

Gwiazda nazwana 2MASSW J0746425+2000321 jest podwójnym systemem, który został zaobserwowany cztery lata temu przez ESO Very Large Telescope (Bardzo Wielki Teleskop) znajdującego się w Chile, Keck Telescope na Hawajach i Hubble Space Telescope (Kosmiczny Teleskop Hubble’a). Masa została zmierzona, ponieważ karzeł L znajduje się na orbicie wokół jeszcze mniejszego obiektu: brązowego karła o masie 6,6 procenta masy Słońca i jest za lekki, aby zaszły w nim reakcje jądrowe. Karzeł L zbliża się do teoretycznego minimum potrzebnego, aby zaszły reakcje jądrowe. Granica ta wynosi 8 procent masy Słońca.

Dokładne zmierzenie masy obiektu było możliwe dzięki międzynarodowej grupie astronomów, którą przewodzili Herve Bouy z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej w Garching w Niemczech i Observatoire de Grenoble we Francji, Edurado Martin Instituto de Astrofisica de Canarias w Hiszpanii i Wolfgang Brandner z Instytu Astronomicznego im. Maxa Plancka w Niemczech.

ESO

Zdjęcie przedstawia układ podwójny 2MASSW J0746425+2000321. Obserwacje tego układu były prowadzone przez cztery lata, co umożliwiło dokładne wyznaczenie orbit i obliczenie mas składników, które są brązowymi karłami.

Aby wykorzystać współczesne modele ewolucji gwiazd grupy Ecole Normale Superieure de Lyon, potrzebne były dokładne obserwacje każdego składnika podwójnego systemu. Dzięki temu możliwe było wyznaczenie ich masy. Oba składniki są bardzo blisko siebie, teleskopy musiały więc dostarczyć zdjęć o wysokiej rozdzielczości. Dodatkowo obserwacje musiały być prowadzone przez cztery lata, aby zaobserwować ruch obu składników okrążających się nawzajem. Bardzo dokładnie zmierzono względne pozycje poszczególnych składników, co pozwoliło dokładnie zrekonstruować ich orbity. Gdy jedna z orbit była już znana, astronomowie do obliczenia masy całego systemu wykorzystali pierwsze prawo Keplera, sformułowane cztery wieki temu.

ESO

Animacja przedstawia sposób poruszania się dwóch składników systemu 2MASSW J0746425+2000321. Obiekty te są brązowymi karłami o masach mniejszych od 1/10 masy Słońca. Obserwacje tego układu trwały cztery lata, dzięki czemu można było oszacować masy jego składników.

Gdy cała masa systemu była już znana, zrobiono bardzo dokładne pomiary jasności każdego składnika i policzono masę każdego ze składników osobno. Astronomowie oszacowali masę znając jasność skłądników.

Jedynie największe na świecie teleskopy mogą zrobić zdjęcia o wystarczającej rozdzielczości, porównywalnej ze zdjęciami uzyskiwanymi z Hubble’a i wyodrębnić oba składniki systemu. Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu optyki adaptatywnej, która pozwala wykluczyć wpływy ziemskiej atmosfery.

Oba obiekty podwójnego systemu należą do widmowej klasy L, która zawiera gwiazdy o najmniejszej masie i najbardziej masywne brązowe karły znajdujące się w naszym sąsiedztwie. Ta klasa gwiazd została odkryta w 1997 roku przez Eduardo Martina, Gibora Basri, Xaviera Delfosse’a i Thierry’ego Forveille’a i została dodana do widmowej klasyfikacji gwiazd, wcześniej nie zmienionej przez pół wieku. Klasa L charakteryzuje się formacjami pyłu w atmosferach obiektów, które powodują duże zmiany w widzialnym spektrum gwiazd.

Te podgwiezdne obiekty, przez teorię przewidziane dawno temu i nazwane brązowymi karłami, zostały po raz pierwszy zaobserwowane w 1995 roku. Do zidentyfikowania brązowych karłów można wykorzystać techniki pośrednie. Natomist zważanie kandydata jest jedyną techniką bezpośrednio potwierdzającą, że mamy do czynienia z brązowym karłem. Niestety nie ma techniki, która pozwoliłaby bezpośrednio zmierzyć masę jakiejkolwiek gwiazdy we Wszechświecie, chyba że gwiazda taka należy do układu podwójnego. Spośród systemów podwójnych, układy brązowych karłów stanowią największe wyzwanie, ponieważ ich składniki świecą słabo i najczęściej znajdują się blisko siebie. Dlatego do takich badań można wykorzystywać jedynie największe teleskopy.