Nhờ vào camera có độ tương phản cao mới mạnh mẽ được lắp đặt tại Kính thiên văn Rất lớn, các bức ảnh đã thu được từ một người bạn đồng hành có khối lượng thấp rất gần với một ngôi sao. Điều này đã cho phép các nhà thiên văn học lần đầu tiên đo trực tiếp khối lượng của một vật thể có khối lượng rất thấp.
Vật thể, mờ hơn 100 lần so với ngôi sao chủ của nó, vẫn nặng gấp 93 lần Sao Mộc. Và nó dường như nặng gần gấp đôi so với lý thuyết dự đoán.
Do đó, phát hiện này cho thấy rằng, do lỗi trong các mô hình, các nhà thiên văn học có thể đã đánh giá quá cao số lượng các sao lùn nâu nâu trẻ tuổi và các hành tinh ngoài trời nổi tự do.
Một sự kết hợp chiến thắng
Một ngôi sao có thể được đặc trưng bởi nhiều tham số. Nhưng một trong những điều quan trọng nhất: khối lượng của nó. Đó là khối lượng của một ngôi sao sẽ quyết định số phận của nó. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi các nhà thiên văn học muốn có được một thước đo chính xác của tham số này.
Tuy nhiên, đây không phải là một nhiệm vụ dễ dàng, đặc biệt đối với những người ít đồ sộ nhất, những người ở biên giới giữa các ngôi sao và các vật thể lùn nâu. Sao lùn nâu, hay sao thất bại, là những vật thể nặng gấp 75 lần Sao Mộc, quá nhỏ so với các quá trình tổng hợp hạt nhân lớn đã bốc cháy trong phần bên trong của nó.
Để xác định khối lượng của một ngôi sao, các nhà thiên văn học thường nhìn vào chuyển động của các ngôi sao trong một hệ nhị phân. Và sau đó áp dụng cùng một phương pháp cho phép xác định khối lượng của Trái đất, biết khoảng cách của Mặt trăng và thời gian cần thiết để vệ tinh của nó hoàn thành một quỹ đạo đầy đủ (cái gọi là Luật Kiếp thứ ba của Kepler. Theo cách tương tự, họ cũng đã đo được khối lượng của Mặt trời bằng cách biết khoảng cách Trái đất-Mặt trời và thời gian - một năm - hành tinh của chúng ta phải thực hiện một chuyến du lịch vòng quanh Mặt trời.
Vấn đề với các vật thể có khối lượng thấp là chúng rất mờ và thường sẽ bị ẩn trong ánh sáng chói của ngôi sao sáng hơn mà chúng quay quanh, cũng như khi nhìn trong kính viễn vọng lớn.
Tuy nhiên, các nhà thiên văn học đã tìm ra cách khắc phục khó khăn này. Đối với điều này, họ dựa trên sự kết hợp của một chiến lược quan sát được xem xét tốt với các công cụ hiện đại.
Camera tương phản cao
Đầu tiên, các nhà thiên văn học tìm kiếm các vật thể có khối lượng rất thấp nhìn vào các ngôi sao trẻ gần đó bởi vì các vật thể đồng hành có khối lượng thấp sẽ sáng nhất khi chúng còn nhỏ, trước khi chúng co lại và nguội đi.
Trong trường hợp cụ thể này, một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế [1] do Laird Close (Đài thiên văn Steward, Đại học Arizona) dẫn đầu, đã nghiên cứu ngôi sao AB Doradus A (AB Dor A). Ngôi sao này nằm cách chúng ta khoảng 48 năm ánh sáng và chỉ có 50 triệu năm tuổi. Bởi vì vị trí trên bầu trời của AB Dor Av làm lung lay, do lực hấp dẫn của một vật thể giống như ngôi sao, nên từ đầu những năm 1990, AB Dor A phải có bạn đồng hành có khối lượng thấp.
Để chụp ảnh người bạn đồng hành này và có được một bộ dữ liệu toàn diện về nó, Close và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng một thiết bị mới trên Kính viễn vọng rất lớn Đài thiên văn Nam châu Âu. Máy ảnh quang học thích ứng có độ tương phản cao mới này, Máy ảnh vi sai đồng thời NACO, hoặc NACO SDI [2], được phát triển đặc biệt bởi Laird Close và Rainer Lenzen (Viện thiên văn học Max-Planck ở Heidelberg, Đức) để săn các hành tinh ngoài hệ mặt trời. Camera SDI tăng cường khả năng của VLT và hệ thống quang học thích ứng của nó để phát hiện những người bạn đồng hành mờ nhạt thường bị mất trong ánh sáng chói của ngôi sao chính.
Một buổi ra mắt thế giới
Quay chiếc máy ảnh này về phía AB Dor A vào tháng 2 năm 2004, lần đầu tiên họ có thể hình ảnh một người bạn đồng hành mờ nhạt - mờ hơn 120 lần so với ngôi sao của nó - và rất gần ngôi sao của nó.
Markus Hartung (ESO), thành viên của nhóm cho biết: Sự ra mắt thế giới này chỉ có thể vì khả năng độc đáo của công cụ NACO SDI trên VLT. Trên thực tế, Kính thiên văn vũ trụ Hubble đã cố gắng nhưng không phát hiện ra người bạn đồng hành, vì nó quá mờ và quá gần với ánh sáng chói của ngôi sao chính.
Khoảng cách nhỏ giữa ngôi sao và người bạn đồng hành mờ nhạt (0,125 arcsec) giống như chiều rộng của một đồng xu Euro (2,3 cm) khi nhìn thấy cách đó 20 km. Người bạn đồng hành, được gọi là AB Dor C, được nhìn thấy ở khoảng cách gấp 2,3 lần khoảng cách trung bình giữa Trái đất và Mặt trời. Nó hoàn thành một chu kỳ xung quanh ngôi sao chủ của nó trong 11,75 năm trên một quỹ đạo khá lập dị.
Sử dụng vị trí chính xác của bạn đồng hành, cùng với ngôi sao khác được biết đến ’lắc lư, các nhà thiên văn học sau đó có thể xác định chính xác khối lượng bạn đồng hành. Vật thể, mờ hơn 100 lần so với ngôi sao chính gần gũi của nó, có một phần mười khối lượng của ngôi sao chủ của nó, tức là, nó nặng hơn 93 lần so với Sao Mộc. Do đó, nó hơi vượt quá giới hạn của sao lùn nâu.
Sử dụng NACO trên VLT, các nhà thiên văn học quan sát thêm AB Dor C ở bước sóng hồng ngoại gần để đo nhiệt độ và độ sáng của nó.
Chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi thấy người bạn đồng hành này mát hơn 400 độ (Celsius) và mờ hơn 2,5 lần so với các mô hình gần đây nhất dự đoán cho một đối tượng của khối lượng này, theo ông Close.
Lý thuyết của hoàng tử dự đoán rằng vật thể có khối lượng thấp, mát mẻ này sẽ có khoảng 50 khối sao Mộc. Nhưng lý thuyết là không chính xác: vật thể này thực sự nằm trong khoảng từ 88 đến 98 khối sao Mộc.
Do đó, những phát hiện mới này thách thức những ý tưởng hiện tại về dân số sao lùn nâu và sự tồn tại có thể của các hành tinh ngoài hệ mặt trời nổi tự do nổi tiếng của công chúng.
Thật vậy, nếu các vật thể trẻ cho đến nay được xác định là sao lùn nâu có khối lượng gấp đôi so với người ta tưởng, thì nhiều người phải là những ngôi sao có khối lượng thấp. Và các vật thể gần đây được xác định là các hành tinh nổi tự do của hoàng tử, lần lượt có khả năng là các sao lùn nâu có khối lượng thấp.
Đối với Close và các đồng nghiệp của mình, khám phá này sẽ buộc các nhà thiên văn học phải suy nghĩ lại về khối lượng của các vật thể nhỏ nhất được tạo ra trong tự nhiên thực sự là gì.
Thêm thông tin
Công trình được trình bày ở đây xuất hiện dưới dạng một lá thư trong số ra ngày 20 tháng 1 của Tự nhiên (Một hiệu chuẩn động của mối quan hệ độ sáng khối lượng ở các khối sao rất thấp và tuổi trẻ trẻ của L. Close và cộng sự).
Ghi chú
[1]: Nhóm nghiên cứu gồm Laird M. Close, Eric Nielsen, Eric E. Mamajek và Beth Biller (Đài thiên văn Steward, Đại học Arizona, Tucson, Hoa Kỳ), Rainer Lenzen và Wolfgang Brandner (Viện Max-Planck cho Astronomie, Heidelberg, Đức), Jose C. Guirado (Đại học Valencia, Tây Ban Nha), và Markus Hartung và Chris Lidman (ESO-Chile).
[2]: Máy ảnh NACO SDI là một loại máy ảnh độc đáo sử dụng quang học thích ứng, loại bỏ các hiệu ứng làm mờ của bầu khí quyển Trái đất để tạo ra hình ảnh cực kỳ sắc nét. SDI tách ánh sáng từ một ngôi sao thành bốn hình ảnh giống hệt nhau, sau đó truyền các chùm tia kết quả qua bốn bộ lọc hơi khác nhau (nhạy cảm với metan). Khi các chùm ánh sáng được lọc chạm vào mảng máy dò của máy ảnh, các nhà thiên văn học có thể trừ đi các hình ảnh để ngôi sao sáng biến mất, để lộ một vật thể mờ hơn, lạnh hơn, ẩn trong quầng sáng sao rải rác (ánh sáng chói lóa). Những hình ảnh độc đáo về vệ tinh Titan Saturn thu được trước đó với NACO SDI đã được công bố trên ESO PR 09/04.
Nguồn gốc: ESO News Release
