Впервые астрономы использовали наблюдения радиотелескопа LOFAR, NASA IRTF, управляемого Гавайским университетом, и международной обсерватории Близнецов, программы NOIRLab NSF, чтобы обнаружить и охарактеризовать холодный коричневый карлик. Объект, обозначенный как BDR J1750 + 3809, является первым субзвездным объектом, обнаруженным с помощью радионаблюдений – до сих пор коричневые карлики были обнаружены в крупных инфракрасных и оптических обзорах. Непосредственное обнаружение этих объектов с помощью чувствительных радиотелескопов, таких как LOFAR, является значительным прорывом, поскольку оно демонстрирует, что астрономы могут обнаруживать объекты, которые слишком холодные и тусклые, чтобы их можно было найти в существующих инфракрасных исследованиях – возможно, даже большие свободно плавающие экзопланеты.
«В этом открытии Близнецы были особенно важны, потому что они идентифицировали объект как коричневый карлик, а также дали нам указание на температуру объекта», – объяснил ведущий автор Хариш Ведантам из ASTRON, Нидерландского института радиоастрономии. "Наблюдения за Близнецами показали нам, что объект был достаточно холодным, чтобы метан образовался в его атмосфере, что свидетельствует о том, что этот объект является близким родственником таких планет Солнечной системы, как Юпитер."
Коричневые карлики – это субзвездные объекты, расположенные на границе между самыми большими планетами и самыми маленькими звездами [1]. Коричневые карлики, которых иногда называют неудавшимися звездами, не обладают достаточной массой, чтобы вызвать синтез водорода в их ядрах, вместо этого они светятся в инфракрасных длинах волн с оставшимся теплом от их образования.
В то время как коричневые карлики не обладают реакциями синтеза, благодаря которым наше Солнце светит, они могут излучать свет на радиоволнах. Процесс, лежащий в основе этого радиоизлучения, знаком, поскольку он происходит на самой большой планете Солнечной системы. Мощное магнитное поле Юпитера ускоряет заряженные частицы, такие как электроны, которые, в свою очередь, создают излучение – в данном случае радиоволны [2] и полярные сияния.
Тот факт, что коричневые карлики являются радиоизлучателями, позволил международному сотрудничеству астрономов, стоящему за этим результатом, разработать новую стратегию наблюдений. Радиоизлучение ранее было обнаружено лишь у горстки холодных коричневых карликов – и они были известны и каталогизированы с помощью инфракрасных исследований, прежде чем их можно было наблюдать с помощью радиотелескопов. Команда решила изменить эту стратегию, используя чувствительный радиотелескоп, чтобы обнаружить холодные слабые источники, а затем провести последующие инфракрасные наблюдения с помощью большого телескопа, такого как 8-метровый телескоп Gemini North, чтобы классифицировать их.
«Мы спросили себя: зачем направлять наш радиотелескоп на занесенных в каталог коричневых карликов??’, – сказал Ведантам. "Давайте просто сделаем большой снимок неба и обнаружим эти объекты прямо по радио."
Обнаружив в своих наблюдениях множество контрольных радиосигнатур, команде пришлось отличить потенциально интересные источники от фоновых галактик. Для этого они искали особую форму света с круговой поляризацией [3] – особенность света от звезд, планет и коричневых карликов, но не от фоновых галактик. Обнаружив радиоисточник с круговой поляризацией, команда затем обратилась к телескопам, включая Gemini North и NASA IRTF, чтобы предоставить измерения, необходимые для идентификации их открытия.
Gemini North оснащен множеством инфракрасных инструментов, один из которых обычно готов к наблюдению, когда возникает интересная астрономическая возможность. В случае BDR J1750 + 3809 основной инфракрасный формирователь изображений Gemini, формирователь изображений ближнего инфракрасного диапазона и спектрограф (NIRI), был недоступен, поэтому астрономы Gemini предприняли необычный шаг, используя камеру сбора данных для спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Gemini (GNIRS). ) вместо.
Благодаря кропотливой работе и дальновидности сотрудников Gemini эта камера обеспечивала глубокое, резкое и точное изображение в нескольких инфракрасных длинах волн.
«Эти наблюдения действительно подчеркивают универсальность Близнецов и, в частности, малоиспользуемые возможности визуализации« замочной скважины »с помощью спектрографа GNIRS Gemini», – прокомментировал Обсерватория Близнецов и астроном Эдинбургского университета Трент Дюпюи – соавтор исследовательской работы. Наблюдения Gemini North были получены через Дискреционное время директора, которое зарезервировано для программ, требующих небольшого количества времени для наблюдений с потенциально значительными результатами.
«Это наблюдение демонстрирует гибкость и мощь обсерваторий Близнецов», – сказал Мартин Стилл из Национального научного фонда (NSF). "Это была возможность, когда дизайн и работа Gemini позволили инновационной идее превратиться в важное открытие."
Открытие BDR J1750 + 3809 не только само по себе является захватывающим результатом, но и может дать заманчивую возможность заглянуть в будущее, когда астрономы смогут измерять свойства магнитных полей экзопланет. Холодные коричневые карлики – самые близкие к экзопланетам объекты, которые астрономы в настоящее время могут обнаруживать с помощью радиотелескопов, и это открытие можно использовать для проверки теорий, предсказывающих силу магнитного поля экзопланет.
Магнитные поля являются важным фактором в определении свойств атмосферы и долгосрочной эволюции экзопланет.
«Наша конечная цель – понять магнетизм экзопланет и то, как он влияет на их способность принимать жизнь», – заключил Ведантам. "Поскольку магнитные явления холодных коричневых карликов настолько похожи на то, что наблюдается на планетах Солнечной системы, мы ожидаем, что наша работа предоставит важные данные для проверки теоретических моделей, которые предсказывают магнитные поля экзопланет."
Примечания
[1] Первое недвусмысленное наблюдение коричневого карлика произошло только в 1995 году, после более 30 лет теоретических предсказаний.
Название этих объектов было придумано американским астрономом Джилл Тартер в связи с их ожидаемым цветом.
[2] Излучение, испускаемое при ускорении заряженных частиц в магнитном поле, называется циклотронным излучением. Название происходит от циклотрона, одного из первых ускорителей частиц.
[3] Свет с круговой поляризацией также используется для создания 3D-фильмов.