Астрономи розгадали таємницю карликів Gliese 229B

Команда під керівництвом Каліфорнійського технологічного інституту виявила, що коричневий карлик насправді є тісною подвійною системою, яка складається з двох коричневих карликів, що обертаються один проти одного. Це відкриття дає нове уявлення про подвійні системи коричневих карликів і ставить нові питання про їх формування та поширеність у космосі.

Відкриття Gliese 229B: таємниця коричневого карлика

З моменту відкриття в 1995 році дослідниками Каліфорнійського технологічного інституту в Паломарській обсерваторії Інституту було написано сотні статей про Gliese 229B, першого відомого коричневого карлика. Але ця куля зберігається таємницею: це надзвичайно тьмяне світло, враховуючи його значну масу. Як правило, коричневі карлики — небесні об’єкти, важчі за газові гіганти, такі як Юпітер, але легші за зірки — такої маси повинні випромінювати набагато більше світла. Вимірювання показали, що Gliese 229B приблизно в 70 разів перевищував масу Юпітера, але його світність не відповідала цій вазі.

Нещодавно ця загадка була розгадана групою міжнародних астрономів під керівництвом Каліфорнійського технологічного інституту. Вони виявили, що те, що вважалося одним коричневим карликом, насправді є двома близько орбітальними коричневими карликами з масою приблизно в 38 і 34 рази більшою за Юпітер, які обертаються один навколо одного кожні 12 днів. Яскравість, що спостерігається, відповідає очікуваній світності для двох таких менших, більш тьмяних коричневих карликів, вирішуючи давню загадку тьмяності Gliese 229B.

Відкриття та наслідки

«Gliese 229B вважався коричневим карликом із плакатів», — каже Джеррі В. Сюан, аспірант, який працює з Дімітрі Маветом, професором астрономії Девіда Моррісро. «І тепер ми знаємо, що весь час помилялися щодо природи об’єкта. Це не один, а два. Ми просто не могли досліджувати розлучення так близько досі». Сюань є провідним автором нового дослідження, опублікованого сьогодні (16 жовтня), яке повідомляє про результати в журналі Nature. Окреме незалежне дослідження в The Astrophysical Journal Letters під керівництвом Сема Уайтбука, аспіранта Каліфорнійського технологічного інституту, і Тіма Брандта, астронома-астронома Наукового інституту космічного телескопа в Балтіморі, також дійшло висновку, що Gliese 229B є парою коричневих карликів.

Відкриття породжує нові питання про те, як тісно пов’язані дуети коричневих карликів, подібних до цього, і припускає, що подібні подвійні системи коричневих карликів — або навіть подвійні системи екзопланет — можуть чекати свого відкриття. (Екзопланета — це планета, яка обертається навколо зірки, відмінної від нашого Сонця.)

«Це відкриття того, що Gliese 229B є подвійною системою, не тільки усуває нещодавнє протиріччя між її масою та світністю, але й значно поглиблює наше розуміння коричневих карликів, які стоять на межі між зірками та планетами-гігантами», — каже Мавет, який також є старшим дослідником. вчений в JPL, яким керує Каліфорнійський технологічний інститут для NASA.

Історичне значення Gliese 229B

Gliese 229B був відкритий у 1995 році командою Каліфорнійського технологічного інституту, до складу якої входили Ребекка Оппенгеймер, на той час аспірантка Каліфорнійського технологічного інституту; Шрі Кулкарні, професор астрономії та планетології імені Джорджа Еллері Хейла; Кейт Метьюз, фахівець з приладів у Каліфорнійському технологічному інституті; та інші колеги. Астрономи за допомогою обсерваторії Паломар виявили, що в атмосфері Gliese 229B міститься метан — явище, типове для газових гігантів, таких як Юпітер, але не для зірок. Ця знахідка ознаменувала перше підтверджене виявлення класу прохолодних зіркоподібних об’єктів, які називаються коричневими карликами — відсутньої ланки між планетами та зірками — про яку теоретизували приблизно 30 років тому.

«Побачити перший об’єкт, менший за зірку, що обертається навколо іншого сонця, було хвилююче», — каже Оппенгеймер, який є співавтором нового дослідження та астрофізиком з Американського музею природної історії. «Тоді це започаткувало домашню промисловість людей, які шукали подібних диваків, але десятиліттями це залишалося загадкою».

Загадкова тьмяність Gliese 229B

Дійсно, майже через 30 років після свого відкриття та сотні спостережень пізніше Gliese 229B все ще спантеличила астрономів своєю несподіваною тьмяністю. Вчені підозрювали, що Gliese 229B може бути близнюками, але «щоб уникати уваги астрономів протягом 30 років, два коричневі карлики мали б бути дуже близько один до одного», — каже Сюань.

Щоб розділити Gliese 229B на два об’єкти, команда використовувала два різні інструменти, обидва з яких були встановлені на Дуже Великому Телескопі Європейської Південної Обсерваторії в Чилі. Вони використали інструмент GRAVITY, інтерферометр, який поєднує світло від чотирьох різних телескопів, щоб просторово розділити тіло на дві частини, і вони використали інструмент CRIRES+ (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph) для виявлення чітких спектральних ознак двох об’єктів. Останній метод включав вимірювання руху (або допплерівського зсуву) молекул в атмосфері коричневих карликів, що вказувало на те, що одне тіло прямує до нас на Землі, а інше — і навпаки, коли пара обертається навколо одне одного.

«Дуже приємно бачити, що майже через 30 років відбувся новий розвиток», — каже Кулкарні, який не є автором поточної статті. «Тепер ця двійкова система знову приголомшує».

Вихровий космічний танець: орбітальні характеристики

Ці спостереження, які проводилися протягом п’яти місяців, показали, що дует коричневих карликів, які тепер називаються Gliese 229Ba і Gliese 229Bb, обертаються навколо один одного кожні 12 днів з відстанню, яка лише в 16 разів перевищує відстань між Землею та Місяцем. Разом пара обертається навколо зірки М-карлика (меншої, червонішої зірки, ніж наше Сонце) кожні 250 років.

«Ці два світи, що обертаються один навколо одного, насправді менші за радіусом, ніж Юпітер. Вони виглядали б досить дивно на нашому нічному небі, якби щось подібне було в нашій сонячній системі», — каже Оппенгеймер. «Це найбільш захоплююче та захоплююче відкриття в субзоряній астрофізиці за останні десятиліття».

Таємниця їх утворення

Як виникла ця пара космічних куль, що обертається, досі залишається загадкою. Деякі теорії стверджують, що пари коричневих карликів можуть утворюватися в закручених дисках матеріалу, який оточує зірку, що формується. Диск роздробиться на два насіння коричневих карликів, які потім стануть гравітаційно зв’язаними після близького зіткнення. Залишається з’ясувати, чи працюють ці самі механізми формування пар планет навколо інших зірок.

Майбутнє дослідження подвійних систем коричневого карлика

У майбутньому команда хотіла б шукати подвійні системи коричневих карликів, що знаходяться на більшій орбіті, за допомогою таких інструментів, як Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), який був розроблений командою під керівництвом Мавета в обсерваторії WM Keck на Гаваях. , а також інфрачервоний спектрограф високої роздільної здатності обсерваторії Кека для характеристики екзопланет (HISPEC), який будується в Каліфорнійському технологічному інституті та інших лабораторіях командою під керівництвом Мавета.

«Той факт, що перший відомий компаньйон коричневого карлика є подвійним, свідчить про те, що ми будемо шукати більше», — говорить Сюань.