Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Bern heeft een exotisch binair systeem ontdekt dat bestaat uit twee jonge planeetachtige objecten, op grote afstand om elkaar heen cirkelen. Hoewel deze objecten eruitzien als gigantische exoplaneten, ze vormden zich op dezelfde manier als sterren, wat bewijst dat de mechanismen die stervorming aandrijven, schurkenwerelden kunnen produceren in ongebruikelijke systemen zonder een zon.

Stervormingsprocessen creëren soms mysterieuze astronomische objecten die bruine dwergen worden genoemd, die kleiner en kouder zijn dan sterren, en kan in de meest extreme gevallen massa's en temperaturen hebben die lager zijn dan die van exoplaneten. Net als sterren, bruine dwergen dwalen vaak alleen door de ruimte, maar kan ook worden gezien in binaire systemen, waar twee bruine dwergen om elkaar heen draaien en samen reizen in de melkweg.

Onderzoekers onder leiding van Clémence Fontanive van het Center for Space and Habitability (CSH) en de NCCR PlanetS ontdekten een merkwaardig sterloos dubbelstersysteem van bruine dwergen. Het systeem CFHTWIR-Oph 98 (of kortweg Oph 98) bestaat uit de twee zeer lichte objecten Oph 98 A en Oph 98 B. Het bevindt zich op 450 lichtjaar afstand van de aarde in de stellaire associatie Ophiuchus. De onderzoekers waren verrast door het feit dat Oph 98 A en B van een opvallend grote afstand om elkaar heen cirkelen, ongeveer 5 keer de afstand tussen Pluto en de zon, wat overeenkomt met 200 keer de afstand tussen de aarde en de zon. De studie is zojuist gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven .

Extreem lage massa's en een zeer grote scheiding

Het paar is een zeldzaam voorbeeld van twee objecten die in veel opzichten lijken op reuzenplaneten buiten het zonnestelsel, om elkaar heen draaien zonder moederster. De meer massieve component, Oph 98 A, is een jonge bruine dwerg met een massa van 15 keer die van Jupiter, die bijna precies op de grens ligt die bruine dwergen van planeten scheidt. Zijn metgezel, Oph 98 B, is slechts 8 keer zwaarder dan Jupiter.

Componenten van binaire systemen zijn verbonden door een onzichtbare link die zwaartekrachtbindingsenergie wordt genoemd, en deze band wordt sterker wanneer objecten massiever zijn of dichter bij elkaar staan. Met extreem lage massa's en een zeer grote scheiding, Oph 98 heeft de zwakste bindingsenergie van alle tot nu toe bekende binaire systemen.

Ontdekking dankzij gegevens van Hubble

Clémence Fontanive en haar collega's ontdekten de metgezel van Oph 98 A met behulp van afbeeldingen van de Hubble-ruimtetelescoop. Fontanive zegt:"Lage bruine dwergen zijn erg koud en zenden heel weinig licht uit, alleen door infrarood warmtestraling. Deze warmtegloed is extreem zwak en rood, en bruine dwergen zijn dus alleen zichtbaar in infrarood licht." de stellaire associatie waarin het binaire getal zich bevindt, Ophiuchus, is ingebed in een dichte, stofwolk die zichtbaar licht verstrooit. "Infraroodwaarnemingen zijn de enige manier om door dit stof heen te kijken, " legt de hoofdonderzoeker uit. "Het detecteren van een systeem als Oph 98 vereist ook een camera met een zeer hoge resolutie, aangezien de hoek tussen Oph 98 A en B duizend keer kleiner is dan de grootte van de maan aan de hemel, " voegt ze eraan toe. De Hubble-ruimtetelescoop is een van de weinige telescopen die objecten kunnen waarnemen die zo zwak zijn als deze bruine dwergen, en in staat om zulke krappe hoeken op te lossen.

Omdat bruine dwergen koud genoeg zijn, waterdamp vormt zich in hun atmosfeer, het creëren van opvallende kenmerken in het infrarood die vaak worden gebruikt om bruine dwergen te identificeren. Echter, deze waterkenmerken kunnen niet gemakkelijk vanaf het aardoppervlak worden gedetecteerd. Gelegen boven de atmosfeer in het vacuüm van de ruimte, Hubble maakt het mogelijk om het bestaan ​​van waterdamp in astronomische objecten te onderzoeken. Fontanive legt uit:"Beide objecten zagen er erg rood uit en vertoonden duidelijke tekenen van watermoleculen. Dit bevestigde onmiddellijk dat de zwakke bron die we naast Oph 98 A zagen, zeer waarschijnlijk ook een koude bruine dwerg was, in plaats van een willekeurige ster die toevallig uitgelijnd was met de bruine dwerg aan de hemel."

Het team vond ook afbeeldingen waarin het binaire bestand zichtbaar was, 14 jaar geleden verzameld met de Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) in Hawaï. "We hebben het systeem deze zomer opnieuw waargenomen vanuit een ander Hawaiiaans observatorium, de infraroodtelescoop van het Verenigd Koninkrijk. Met behulp van deze gegevens, we hebben kunnen bevestigen dat Oph 98 A en B in de loop van de tijd samen door de lucht bewegen, ten opzichte van andere sterren erachter, wat het bewijs is dat ze aan elkaar zijn gebonden in een binair paar, ", legt Fontanive uit.

Een atypisch resultaat van stervorming

Het binaire systeem Oph 98 werd slechts 3 miljoen jaar geleden gevormd in de nabijgelegen sterrenkraamkamer Ophiuchus, waardoor het een pasgeboren baby is op astronomische tijdschalen. De leeftijd van het systeem is veel korter dan de typische tijd die nodig is om planeten te bouwen. Bruine dwergen zoals Oph 98 A worden gevormd door dezelfde mechanismen als sterren. Ondanks dat Oph 98 B de juiste maat is voor een planeet, de gastheer Oph 98 A is te klein om een ​​voldoende groot reservoir aan materiaal te hebben om zo'n grote planeet te bouwen. "Dit vertelt ons dat Oph 98 B, zoals zijn gastheer, moet gevormd zijn door dezelfde mechanismen die sterren produceren en laat zien dat de processen die dubbelsterren creëren, werken op verkleinde versies helemaal tot aan deze planetaire massa's, ", zegt Clémence Fontanive.

Met de ontdekking van twee planeetachtige werelden - al ongebruikelijke producten van stervorming - die in zo'n extreme configuratie aan elkaar zijn gebonden, "we zijn echt getuige van een ongelooflijk zeldzame output van stervormingsprocessen, " zoals Fontanive beschrijft.