Ein internationales Team von Astronomen hat den Radius und die Masse des kleinsten bisher bekannten Kernbrennsterns genau bestimmt.
Die Beobachtungen wurden im März 2004 mit dem FLAMES-Mehrfaserspektrographen am 8,2-m-VLT-Kueyen-Teleskop am ESO Paranal Observatory (Chile) durchgeführt. Sie sind Teil eines umfangreichen Programms zur Messung genauer Radialgeschwindigkeiten für 60 Sterne, für die während der OGLE-Untersuchung ein vorübergehender Helligkeitsabfall festgestellt wurde.
Die Astronomen stellen fest, dass die Neigung in der Lichtkurve des als OGLE-TR-122 bekannten Sterns durch einen sehr kleinen Sternbegleiter verursacht wird, der diesen solarähnlichen Stern alle 7,3 Tage einmal in den Schatten stellt.
Dieser Begleiter ist 96-mal schwerer als der Planet Jupiter, aber nur 16% größer. Es ist das erste Mal, dass direkte Beobachtungen zeigen, dass Sterne, die weniger massereich als 1/10 der Sonnenmasse sind, fast so groß sind wie Riesenplaneten. Diese Tatsache muss natürlich bei der aktuellen Suche nach Transit-Exoplaneten berücksichtigt werden.
Darüber hinaus haben die Beobachtungen mit dem Very Large Telescope zur Entdeckung von sieben neuen Finsternis-Binärdateien geführt, die Sterne mit Massen unter einem Drittel der Sonnenmasse beherbergen, eine echte Goldgrube für die Astronomen.
Die OGLE-Umfrage
Wenn ein Planet zufällig vor seinem Mutterstern vorbeizieht (von der Erde aus gesehen), blockiert er aus unserer Sicht einen kleinen Teil des Lichts des Sterns [1].
Diese „Planetentransite“ sind von großem Interesse, da sie es Astronomen ermöglichen, die Masse und den Radius von Exoplaneten auf einzigartige Weise zu messen. Es werden daher mehrere Umfragen durchgeführt, um diese schwachen Signaturen anderer Welten zu finden.
Eines dieser Programme ist die OGLE-Umfrage, die ursprünglich zur Erkennung von Mikrolinsenereignissen entwickelt wurde, indem die Helligkeit einer sehr großen Anzahl von Sternen über längere Zeitintervalle überwacht wurde. In den letzten Jahren wurde auch nach periodischen, sehr flachen „Einbrüchen“ der Helligkeit von Sternen gesucht, die durch den regelmäßigen Transit kleiner umlaufender Objekte (kleine Sterne, braune Zwerge [2] oder Planeten in Jupiter-Größe) verursacht wurden. Das OGLE-Team hat seitdem 177 "Planetentransitkandidaten" aus seiner Untersuchung von mehreren hunderttausend Sternen in drei südlichen Himmelsfeldern angekündigt, eines in Richtung des Galaktischen Zentrums, eines in der Carina-Konstellation und die dritte in den Centaurus / Musca-Konstellationen.
Die Art des durchlaufenden Objekts kann jedoch nur durch nachfolgende Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen des Elternsterns festgestellt werden. Die Größe der Geschwindigkeitsschwankungen (die Amplitude) steht in direktem Zusammenhang mit der Masse des Begleitobjekts und ermöglicht daher die Unterscheidung zwischen Sternen und Planeten als Ursache für den beobachteten Helligkeitsabfall.
Eine Bonanza von massearmen Sternen
Ein internationales Team von Astronomen [3] hat für diese Arbeit das 8,2 m lange VLT Kueyen-Teleskop verwendet. Sie profitierten von der Multiplexkapazität der FLAMES / UVES-Anlage, die es ermöglicht, hochauflösende Spektren von bis zu 8 Objekten gleichzeitig zu erhalten, und haben 60 OGLE-Transitkandidatensterne untersucht und ihre Radialgeschwindigkeiten mit einer Genauigkeit von etwa 50 m / s gemessen [ 4].
Dieses ehrgeizige Programm hat bisher zur Entdeckung von fünf neuen Transit-Exoplaneten geführt (siehe z. B. ESO PR 11/04 für die Ankündigung von zwei davon).
Die meisten anderen von OGLE identifizierten Transitkandidaten haben sich als verdunkelnde Binärdateien herausgestellt, dh in den meisten Fällen sind es kleine und massearme Sterne, die vor einem solarähnlichen Stern vorbeiziehen. Diese zusätzliche Fülle von Daten über kleine und helle Sterne ist eine echte Goldgrube für die Astronomen.
Einschränkung der Beziehung zwischen Masse und Radius
Sterne mit geringer Masse sind außergewöhnlich interessante Objekte, auch weil die physischen Bedingungen in ihrem Inneren viel mit denen von Riesenplaneten wie Jupiter in unserem Sonnensystem gemeinsam haben. Darüber hinaus liefert eine Bestimmung der Größe der kleinsten Sterne indirekte, entscheidende Informationen über das Verhalten von Materie unter extremen Bedingungen [5].
Bis vor kurzem waren nur sehr wenige Beobachtungen gemacht worden, und über massearme Sterne war wenig bekannt. Derzeit sind genaue Werte der Radien nur für vier Sterne mit Massen von weniger als einem Drittel der Sonnenmasse bekannt (vgl. ESO PR 22/02 für Messungen mit dem Very Large Telescope Interferometer) und überhaupt keine für Massen unter einem Achtel einer Sonnenmasse.
Diese Situation ändert sich jetzt dramatisch. In der Tat haben Beobachtungen mit dem Very Large Telescope bisher zur Entdeckung von sieben neuen Finsternis-Binärdateien geführt, die Sterne mit Massen unter einem Drittel der Sonnenmasse beherbergen.
Diese neue Reihe von Beobachtungen verdreifacht somit fast die Anzahl der Sterne mit geringer Masse, für die genaue Radien und Massen bekannt sind. Und noch besser - einer dieser Sterne erweist sich jetzt als der kleinste bekannte!
Planetengroße Sterne
Der neu gefundene Sterngnom ist der Begleiter von OGLE-TR-122, einem ziemlich abgelegenen Stern in der Milchstraße, gesehen in Richtung des südlichen Sternbilds Carina.
Das OGLE-Programm ergab, dass OGLE-TR-122 alle 7 Tage, 6 Stunden und 27 Minuten einen Helligkeitsabfall von 1,5 Prozent aufweist, der jeweils etwas mehr als 3 Stunden (ca. 188 Minuten) dauert. Die FLAMES / UVES-Messungen, die im März 2004 in 6 Nächten durchgeführt wurden, zeigen Radialgeschwindigkeitsschwankungen dieses Zeitraums mit einer Amplitude von etwa 20 km / s. Dies ist die eindeutige Signatur eines Sterns mit sehr geringer Masse nahe der Wasserstoffverbrennungsgrenze, der OGLE-TR-122 umkreist. Dieser Begleiter erhielt den Namen OGLE-TR-122b.
Wie Fran? Ois Bouchy vom Observatoire Astronomique Marseille Provence (Frankreich) erklärt: „In Kombination mit den von OGLE gesammelten Informationen können wir mit unseren spektroskopischen Daten nun die Natur des massereicheren Sterns im System bestimmen, der scheinbar solar ist. mögen".
Diese Informationen können dann verwendet werden, um die Masse und den Radius des viel kleineren Begleiters OGLE-TR-122b zu bestimmen. In der Tat liefert die Tiefe (Helligkeitsabnahme) des Transits eine direkte Schätzung des Verhältnisses zwischen den Radien der beiden Sterne, und die spektroskopische Umlaufbahn liefert einen eindeutigen Wert für die Masse des Begleiters, sobald die Masse des größeren Sterns bekannt ist .
Die Astronomen stellen fest, dass OGLE-TR-122b ein Elftel der Sonnenmasse wiegt und einen Durchmesser hat, der nur ein Achtel des Sonnendurchmessers beträgt. Obwohl der Stern immer noch 96-mal so massereich ist wie der Jupiter, ist er nur 16% größer als dieser riesige Planet!
Ein dichter Stern
„Stellen Sie sich vor, Sie fügen dem Jupiter das 95-fache seiner eigenen Masse hinzu und erhalten dennoch einen Stern, der nur geringfügig größer ist“, schlägt Claudio Melo von der ESO und Mitglied des Astronomenteams vor, das die Studie durchgeführt hat. "Das Objekt schrumpft nur, um Platz für die zusätzliche Materie zu schaffen, und wird immer dichter."
Die Dichte eines solchen Sterns beträgt mehr als das 50-fache der Dichte der Sonne.
„Dieses Ergebnis zeigt die Existenz von Sternen, die auch aus der Nähe auffallend wie Planeten aussehen“, betont Frederic Pont vom Genfer Observatorium (Schweiz). "Ist es nicht seltsam, sich vorzustellen, dass selbst wenn wir Bilder von einer zukünftigen Raumsonde empfangen würden, die sich einem solchen Objekt aus nächster Nähe nähert, es nicht leicht wäre zu erkennen, ob es sich um einen Stern oder einen Planeten handelt?"
Wie alle Sterne erzeugt OGLE-TR-122b tatsächlich Energie in seinem Inneren durch Kernreaktionen. Aufgrund seiner geringen Masse ist diese interne Energieerzeugung jedoch sehr gering, insbesondere im Vergleich zu der Energie, die von seinem solarähnlichen Begleitstern erzeugt wird.
Nicht weniger auffällig ist die Tatsache, dass Exoplaneten, die sehr nahe an ihrem Wirtsstern umkreisen, die sogenannten „heißen Jupiter“, Radien haben, die größer sein können als der neu gefundene Stern. Der Radius des Exoplaneten HD209458b ist beispielsweise etwa 30% größer als der des Jupiter. Es ist somit wesentlich größer als OGLE-TR-122b!
Maskeradier
Diese Entdeckung hat auch tiefgreifende Auswirkungen auf die laufende Suche nach Exoplaneten. Diese Beobachtungen zeigen deutlich, dass einige Sternobjekte genau dieselben photometrischen Signale (Helligkeitsänderungen) erzeugen können wie Jupiter-ähnliche Planeten [6]. Darüber hinaus hat die vorliegende Studie gezeigt, dass solche Sterne nicht selten sind.
Sterne wie OGLE-TR-122b sind daher Maskeradier unter riesigen Exoplaneten, und es ist äußerste Sorgfalt erforderlich, um sie von ihren planetarischen Cousins zu unterscheiden. Das Aufdecken derart kleiner Sterne kann nur mit hochauflösenden Spektralmessungen mit den größten Teleskopen erfolgen. Für das Very Large Telescope steht noch viel Arbeit an!
Mehr Informationen
Die in dieser Pressemitteilung enthaltenen Informationen basieren auf einem Forschungsartikel, der in Kürze als Brief an den Herausgeber in der führenden Forschungszeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ („Ein planetarischer Transitstern um OGLE-TR-122“ von F.) erscheinen wird. Pont et al.). Das Papier ist im PDF-Format auf der A & A-Website verfügbar.
Anmerkungen
[1]: Braune Zwerge oder „gescheiterte Sterne“ sind Objekte, die bis zu 75-mal so massereich sind wie Jupiter. Sie sind zu klein, als dass sich größere Kernfusionsprozesse in ihrem Inneren entzündet hätten.
[2]: Der Radius eines Planeten in Jupiter-Größe ist etwa zehnmal kleiner als der eines Sterns vom Solartyp, dh er bedeckt etwa 1/100 der Oberfläche dieses Sterns und blockiert daher etwa 1% des Sternlichts während des Transits.
[3]: Das Team besteht aus Fr? D? Ric Pont, Michel Mayor, Didier Queloz und St? Phane Udry vom Genfer Observatorium in der Schweiz, Claudio Melo von der ESO-Chile, Fran? Ois Bouchy vom Observatoire Astronomique Marseille Provence in Frankreich und Nuno Santos vom Astronomischen Observatorium in Lissabon, Portugal.
[4]: Dies entspricht einer Geschwindigkeit von 180 km / h. Im Vergleich dazu beträgt die durch Jupiter induzierte Bewegung der Sonne etwa 13 m / s oder 47 km / h. Diese Bewegung ist proportional zur Masse des Planeten und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel seiner Entfernung vom Stern.
[5]: Für einen normalen Stern wie die Sonne, dessen Materie sich wie ein perfektes Gas verhält, ist die Sterngröße proportional zur Masse. Für Sterne mit geringer Masse werden jedoch Quanteneffekte wichtig und die Sternmaterie wird „entartet“, wodurch sie der Kompression viel stärker widersteht als ein perfektes Gas. Bei Objekten mit einer Masse unter dem 75-fachen der Jupitermasse, d. H. Braunen Zwergen, ist die Materie vollständig entartet und ihre Größe hängt nicht von der Masse ab.
[6]: Beachten Sie, dass ein entferntes Transitobjekt - Stern oder Planet - immer einen Helligkeitsabfall erzeugt, egal wie hell es selbst ist. Vor und nach dem Transit entspricht die aufgezeichnete Helligkeit der Summe der Helligkeit des Zentralsterns und der des umlaufenden Objekts. Während des Transits ist die aufgezeichnete Helligkeit diese Summe abzüglich des Lichts, das von dem verdeckten Teil des Zentralsterns emittiert wird.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
