Setki artykułów naukowych napisano o pierwszym znanym brązowym karle, Gliese 229B, od czasu jego odkrycia przez naukowców Caltech w Obserwatorium Palomar Institute w 1995 roku. Jednak wciąż nie rozwiązano palącej zagadki dotyczącej tej kuli: jest zbyt słaba w stosunku do swojej masy.
Brązowe karły są lżejsze od gwiazd i cięższe od gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz. I chociaż astronomowie zmierzyli masę Gliese 229B na około 70 razy większą od masy Jowisza, obiekt o takiej masie powinien świecić jaśniej niż to, co zaobserwowały teleskopy.
Teraz międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Caltech w końcu rozwiązał tę zagadkę: brązowy karzeł jest w rzeczywistości parą ściśle ze sobą powiązanych brązowych karłów, ważących około 38 i 34 razy więcej niż masa Jowisza, które okrążają się co 12 dni. Obserwowane poziomy jasności pary są zgodne z tym, czego można się spodziewać po dwóch małych, słabych brązowych karłach w tym zakresie mas.
„Gliese 229B był uważany za sztandarowego brązowego karła” — mówi Jerry W. Xuan, student studiów podyplomowych współpracujący z Dimitri Mawet, profesorem astronomii Davida Morrisroe. „A teraz wiemy, że cały czas myliliśmy się co do natury obiektu. Nie jest to jeden, ale dwa. Po prostu nie byliśmy w stanie zbadać separacji tak blisko siebie aż do teraz”.
Xuan jest głównym autorem badania, w którym opisano odkrycia w periodyku Nature, zatytułowanego „Chłodny brązowy karzeł Gliese 229B jest kompaktowym układem podwójnym”.
Niezależne badanie opublikowane w The Astrophysical Journal Letters, kierowane przez Sama Whitebooka, studenta studiów podyplomowych Caltech, i Tima Brandta, astronoma adiunkta w Space Telescope Science Institute w Baltimore, również wykazało, że Gliese 229B jest parą brązowych karłów.
Odkrycie prowadzi do nowych pytań o to, jak ściśle ze sobą powiązane pary brązowych karłów, takie jak ten, i sugeruje, że podobne podwójne układy brązowych karłów — lub nawet podwójne układy egzoplanet — mogą czekać na odkrycie.
„To odkrycie, że Gliese 229B jest układem podwójnym, nie tylko rozwiązuje rozbieżności między jego masą a jasnością, ale także znacznie pogłębia naszą wiedzę na temat brązowych karłów, które znajdują się na granicy między gwiazdami a gazowymi olbrzymami” — mówi Mawet.
Rzeczywiście, prawie 30 lat po odkryciu i setkach obserwacji później, Gliese 229B nadal zadziwiło astronomów swoim niespodziewanym przyćmieniem. Naukowcy podejrzewali, że Gliese 229B może być bliźniakiem, ale „aby astronomowie nie zauważyli ich przez 30 lat, dwa brązowe karły musiałyby znajdować się bardzo blisko siebie” — mówi Xuan.
Aby rozdzielić Gliese 229B na dwa obiekty, zespół użył dwóch różnych instrumentów, oba zlokalizowane w Bardzo Dużym Teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile. Użyli instrumentu GRAVITY, interferometru, który łączy światło z czterech różnych teleskopów, aby rozdzielić przestrzennie ciało na dwa, i użyli instrumentu CRIRES+ (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph), aby wykryć odrębne sygnatury widmowe obu obiektów.
Ta ostatnia metoda polegała na pomiarze ruchu cząsteczek w atmosferze brązowych karłów, co wskazywało, że jedno ciało zmierzało w naszą stronę na Ziemi, a drugie w przeciwną stronę — i odwrotnie, ponieważ para krążyła wokół siebie.
Te obserwacje, prowadzone przez pięć miesięcy, wykazały, że duet brązowych karłów, obecnie nazywanych Gliese 229Ba i Gliese 229Bb, okrąża się co 12 dni w odległości 16 razy większej od odległości między Ziemią a Księżycem. Razem, para ta okrąża gwiazdę karła M (mniejszą, bardziej czerwoną gwiazdę niż nasze Słońce) co 250 lat.
„Te dwa światy wirujące wokół siebie mają w rzeczywistości mniejszy promień niż Jowisz. Wyglądałyby dość dziwnie na naszym nocnym niebie, gdybyśmy mieli coś takiego w naszym własnym układzie słonecznym” — mówi Oppenheimer. „To najbardziej ekscytujące i fascynujące odkrycie w astrofizyce podgwiazdowej od dziesięcioleci”.
To, w jaki sposób powstała ta wirująca para kosmicznych kul, wciąż pozostaje tajemnicą. Niektóre teorie mówią, że pary brązowych karłów mogą tworzyć się w wirujących dyskach materii otaczających formującą się gwiazdę. Dysk rozpadłby się na dwa zalążki brązowych karłów, które następnie zostałyby związane grawitacyjnie po bliskim spotkaniu. Pozostaje pytanie, czy te same mechanizmy formowania działają, aby tworzyć pary planet wokół innych gwiazd.
W przyszłości zespół chciałby poszukiwać jeszcze bliżej orbitujących układów podwójnych brązowych karłów za pomocą instrumentów takich jak Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) oraz nadchodzący High-resolution Infrared SPectrograph for Exoplanet Characterization (HISPEC) Keck Observatory, który jest budowany w Caltech i innych laboratoriach przez zespół kierowany przez Maweta.
Źródło: Caltech