تصویر مستقیم جدید و کمیاب از یک کوتوله قهوه‌ای

ستاره‌شناسان یکی از بهترین تصاویر موجود کوتوله قهوه‌ای، جسمی با میانه جرم بین ستارگان و سیارات بدست آورده‌اند. این کوتوله قهوه‌ای – به نام HD 33632 Ab – در فاصله 86 سال نوری خورشید قرار دارد.

کوتوله قهوه‌ای HD 33632 Ab جسمی است که در این تصویر از تلسکوپ سوبارو با عنوان b مشخص شده است. شی دیگر – پشت دیسک و  با علامت مثبت – یک ستاره معمولی است. کوتوله قهوه‌ای در فاصله حدود 20 AU یا 20 فاصله زمین-خورشید به دور این ستاره می‌چرخد. این همان فاصله‌ای است که از خورشید ما تا سیاره اورانوس دارد. تصویر از  T. Currie/ NAOJ/ NASA-Ames/ Subaru Telescope.

کوتوله‌های قهوه‌ای دورگه‌های سیاره ـ ستاره هستند و در جایی بین سیارات غول‌پیکر مانند زحل و مشتری و کوچکترین ستاره‌ها قرار می‌گیرند. همه کوتوله‌های قهوه‌ای که می‌شناسیم خارج از منظومه شمسی ما هستند و بسیار کم نور هستند. فاصله زیاد و تاریکی کلی آنها باعث می‌شود که نتوان مستقیماً از آنها عکس گرفت. در دسامبر، ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ سوبارو و رصدخانه کک در هاوایی تصویر مستقیم جدیدی از یک کوتوله قهوه‌ای را منتشر کردند که یکی از بهترین‌ها در نوع خود است که تاکنون گرفته شده است. کوتوله قهوه‌ای که HD 33632 Ab نام دارد، به دور ستاره‌ای خورشیدمانند، HD 33632 Aa می‌چرخد ​​که 86 سال نوری از منظومه شمسی فاصله دارد.

مقاله جدید با جزئیات این کشف توسط محققان در The Astrophysical Journal Letters در تاریخ 30 نوامبر سال 2020 منتشر شد.

طبق تعریف، کوتوله‌های قهوه‌ای جرمی بین 13 تا 80 برابر جرم بزرگترین سیاره منظومه شمسی، یعنی مشتری دارند. این دامنه جرمی است که در آن شکلی از همجوشی هسته‌ای – “سوزاندن” دوتریم، یک عنصر نادر که از انفجار بزرگ باقی مانده است – می‌تواند در فضای داخلی یک جسم رخ دهد. HD 33632 Ab حدود 46 برابر جرم مشتری است. این کوتوله در مداری در حدود 20 واحد نجومی (واحد فاصله زمین-خورشید، یا همان AU) از ستاره خود می‌چرخد. این همان فاصله‌ای است که خورشید ما تا سیاره اورانوس دارد.

پس از تشخیص اولیه این جسم توسط تلسکوپ سوبارو، ستاره‌شناسان از تلسکوپ کک برای انجام مشاهدات اضافی استفاده کردند. آنها می‌خواستند اطمینان حاصل کنند که این شی در واقع به دور ستاره می‌چرخد ​​و در واقع ستاره متفاوتی نیست که کاملاً با HD 33632 Aa ارتباط نداشته باشد. آنها کوتوله قهوه‌ای را در ابتدا نه با دیدن آن، بلکه با اندازه‌گیری شتاب از ستاره همدم به دلیل کشش گرانشی کوتوله قهوه‌ای کشف کردند. این اندازه‌گیری‌ها توسط ماهواره گایا و مأموریت قبلی آن، Hipparcos انجام شده است. همكار نویسنده تیموتی برانت در دانشگاه كالیفرنیا، سانتا باربارا، اظهار داشت:

این اولین بار است که ما یک کوتوله قهوه ای را با نگاه کردن به دور ستاره‌ای پیدا می‌کنیم که در حال حرکت در آسمان است. یافتن یک کوتوله قهوه‌ای همیشه شانس لازم دارد، اما این بار ما توانستیم این شانس را بدست بیاوریم.

طیف  HD 33632 Ab از تلسکوپ سوبارو، شواهدی از آب و مونوکسید کربن را نشان می‌دهد. تصویر از طریق T. Currie / NAOJ / NASA-Ames / T. Brandt / UCSB / Telescope Subaru.

در تصویر جدید این کوتوله قهوه‌ای از فناوری به نام اپتیک تطبیقی ​​هم در سوبارو و هم در کک استفاده شده است. این فناوری تیرگی تصاویر ناشی از تلسکوپهای زمینی را از بین می‌برد که در جو زمین مشاهده می‌کنند. این امر اجازه می‌دهد تا تصاویر بهتری به دست آید. محققان همچنین داده‌هایی را در مورد ترکیب جو کوتوله قهوه‌ای جمع‌آوری کردند. ثاین کوری، محقق وابسته در تلسکوپ سوبارو و نویسنده اصلی این تحقیق، اظهار داشت:

… ما نه تنها می‌توانیم HD 33632 Ab را ببینیم بلکه اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی را برای موقعیت و طیف آن بدست می‌آوریم که سرنخ های مهمی در مورد خصوصیات جوی و پویایی آن ارائه می‌دهد.

ستاره‌شناسان می‌گویند آنها شواهدی برای آب و مونوکسیدکربن در جو HD 33632 Ab پیدا کرده‌اند.

ثاین کوری در رصدخانه نجوم ملی ژاپن، نویسنده اصلی مطالعه تصویربرداری کوتوله قهوه‌ای جدید. تصویر از فیس بوک.

آنها می‌گویند کشف و تجزیه و تحلیل این کوتوله قهوه‌ای به طور کلی اطلاعات ارزشمندی در مورد کوتوله‌های قهوه‌ای و سرنخ‌های بیشتری درباره نحوه تولد و تکامل آنها در اختیار آنها قرار می‌دهد. همچنین، داده‌ها می‌توانند به سیاره‌های فراخورشیدی نیز برون‌‌یابی شوند. به ویژه، سیستم سیاره‌ای HR 8799 از چهار سیاره بزرگتر از مشتری، اولین منظومه با بیش از یک سیاره که عکس آن گرفته شده است. برآورد می‌شود که دمای این جهانها مشابه دمای HD 33632 Ab است که به دانشمندان امکان مقایسه جو را می‌دهد. کوری گفت:

داده های مادون قرمز حرارتی کک با NIRC2 به ما امکان درک بهتر چگونگی جو HD 33632 Ab را با اولین سیارات فراخورشیدی مستقیماً تصویربرداری شده، HR 8799 bcde،  را می‌دهد که بخشی از آنها توسط کک کشف شد.

چنین مقایسه‌هایی می‌تواند نحوه شکل‌گیری و تکامل هر دو سیاره خارجی و کوتوله‌های قهوه‌ای را روشن کند، حتی اگر – چون جرمهای آنها متفاوت است، بنابراین تکامل می‌یابند و رفتار آنها متفاوت است – آنها اجسام کاملاً متفاوتی هستند. برخی از سیارات فراخورشیدی شناخته شده نسبت به بزرگترین سیاره منظومه شمسی، مشتری، جرم بیشتری دارند. اما کوتوله‌های قهوه‌ای هنوز جرم بیشتری دارند، فقط آنقدر بزرگ نیستند که بتوانند هیدروژن را در فضای داخلی خود بسوزانند و در نتیجه مانند ستاره‌ها بدرخشند. بنابراین کوتوله‌های قهوه ای شکاف بین سیارات و ستاره‌ها را پر می‌کنند. آنها جهان‌های منحصر به فردی هستند با جو  که ستاره و سیاره نیستند.

تصویری از اولین کوتوله قهوه‌ای کشف شده، Teide 1، در سال 1995. با 400 سال نوری فاصله، در خوشه ستاره‌ای پروین. تصویر از دانیل لوپز / آلفرد روزنبرگ / IAC.

کوتوله‌های قهوه‌ای اجرام معمایی که خیلی بزرگی هستند که در لیست سیاره‌ها در نظر گرفته نمی‌شوند و  بسیار کوچک و فاقد همجوشی هسته‌ای هستند تا ستاره باشند. تصویر از NASA / Caltech / R. Hurt (IPAC).

اولین کوتوله قهوه‌ای، Teide 1، در خوشه ستاره‌ای پروین، 400 سال نوری دورتر، در سال 1995 در جزایر قناری کشف شد. شعاع Teide 1 شبیه مشتری است، اما جرم آن 55 برابر، با دمای سطح نصف خورشید، با 2600 K (حدود 2300 درجه سانتیگراد یا 4200 فارنهایت) است. از آن زمان تاکنون بیش از 1800 کوتوله قهوه‌ای کشف شده است. طبق گفته رافائل ربولو لوپز، اخترفیزیکدان در IAC:

ما می‌دانیم که باید ده‌ها هزار میلیون کوتوله در کهکشان ما وجود داشته باشد، تقریبا به اندازه ستاره‌ها، چیزی که حتی در مقاله کشف شده در Nature نیز جسارت پیش‌بینی آن را داشتیم. تعداد آنها بسیار بیشتر از ستاره‌های در حال چرخش در فضا است.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

New and rare direct image of a brown dwarf

Posted by Paul Scott Anderson in SPACE | January 11, 2021

https://earthsky.org/space/new-brown-dwarf-direct-image-hd-33632-ab