Mérlegen egy barna törpe

Először határozták meg pontosan egy fiatal barna törpe tömegét. A kapott eredmény mintegy kétszerese annak, amit a csillagfejlődési modellek jósolnak.

A chilei Atacama-sivatagban található négy, egyenként 8,2 méter átmérőjű távcsőből álló rendszer (Very Large Telescope, VLT) egyikének segítségével első alkalommal sikerült meghatározni egy barna törpe pontos tömegét (a barna törpék olyan "torzszülött csillagok", amelyekben nem indult meg a normális csillagok energiatermelését adó magfúzió). A vizsgált objektum az AB Doradus A jelű csillag kísérője, amelyhez rendkívül közel, mindössze 2,3-szer akkora távolságban kering, mint Földünk a Naptól. Pályáját 11,75 év alatt járja be a csillag körül, amely tőlünk 48 fényévnyi távolságban található. A barna törpe nagyon halvány objektum, fénye alig 120-ad része a csillagénak. A VLT Yepun nevű távcsövére szerelt kamera (NACO SDI) azonban képes volt lefényképezni a fényes csillaghoz közeli halvány törpét.

A NACO SDI kamera a modern csillagászati detektorok egyik nagyágyúja. A több mint nyolc méteres távcső teljesítményét jelentősen megnöveli a légkör zavaró hatását csökkentő adaptív optika, valamint az SDI rendszer. Ez négy részre osztja a beeső fényt, s mindegyiket kissé eltérő áteresztőképességű metánszűrőn átengedve képezi le a detektorra a vizsgált objektumot. A négy felvételt ezután úgy szerkesztik össze, hogy a csillag erős fényének jelentős csökkentése mellett előtűnik a halvány kísérő is. A detektort kifejezetten barna törpék és exobolygók keresésére fejlesztették ki, a speciális szűrők miatt ugyanis képes kimutatni a metánban gazdag, nagyon halvány objektumokat.

A csillagok egyik legfontosabb paramétere a tömeg, amely alapvetően meghatározza fejlődésüket. Pontos mérése kettős- vagy többes rendszerekben lehetséges. Az AB Doradus A esetében már az 1990-es évek eleje óta sejthető, hogy kistömegű kísérője lehet, amely gravitációs hatásánál fogva "rángatja" központi csillagát, jól észlelhető eltolódásokat okozva annak színképében.

Ezeket az apró kísérőket azonban rendkívül nehéz közvetlenül észlelni (lefényképezni), mivel közeli társcsillaguk erős fénye elnyomja a fényüket. Fiatalabb korukban azonban sokkal jelentősebb a sugárzásuk, ekkor tehát könnyebb "észrevenni" őket. Így esett a választás az AB Doradus rendszerére, amely kozmikus mértékkel fiatal, mindössze 50 millió éves.

A felvétel, valamint a kísérő gravitációs hatásának mérése alapján sikerült meghatározni a barna törpe tömegét, amely mintegy 93-szorosa a Naprendszer óriásbolygójának, a Jupiter tömegének. Fényessége és hőmérséklete alapján viszont - a jelenlegi csillagfejlődési modellek alapján - csupán 50 Jupiter-tömegű lehetne. Az objektum ugyanis 400 fokkal hűvösebb és 2,5-szer halványabb annál, mint 93 Jupiter-tömeg mellett a modellek szerint kellene.

Az eddigi modellek a 75 Jupiter-tömeg alatti objektumokról feltételezték, hogy belsejükben sosem lesz elegendően magas a hőmérséklet a hidrogénfúzió beindulásához - ezeket az objektumokat nevezik barna törpéknek. A meglepő eredmény azonban megkérdőjelezi e modellek helytállóságát. Eszerint számos, korábban barna törpének gondolt objektum "nehezebb", és valójában kistömegű csillag, az egyre szélesebb körben elfogadott nézet szerint szabadon megszülető nagytömegű exobolygók jelentős része pedig valójában barna törpe lehet.

Csengeri Timea