Voor de eerste keer, astronomen hebben waarnemingen van een radiotelescoop en een paar observatoria op Maunakea gebruikt om een ​​koude bruine dwerg te ontdekken en te karakteriseren, ook bekend als een "superplaneet" of "mislukte ster". De vondst, aangeduid als BDR J1750+3809, is het eerste substellaire object dat is gedetecteerd door middel van radiowaarnemingen - tot nu toe, bruine dwergen zijn grotendeels gevonden bij infrarode luchtonderzoeken.

BDR J1750+3809 (door het ontdekkingsteam "Elegast" genoemd) werd voor het eerst geïdentificeerd met behulp van gegevens van de Low-Frequency Array (LOFAR)-telescoop in Europa, en vervolgens bevestigd met telescopen op de top van Maunakea, namelijk het International Gemini Observatory en de NASA InfraRed Telescope Facility (die wordt beheerd door de University of Hawai'i). Het rechtstreeks ontdekken van deze objecten met gevoelige radiotelescopen zoals LOFAR is een belangrijke doorbraak, omdat het aantoont dat astronomen objecten kunnen detecteren die te koud en te zwak zijn om te worden gevonden in infraroodonderzoeken, en misschien zelfs vrij zwevende gasreuzen exoplaneten detecteren.

Het onderzoek is gepubliceerd in De astrofysische journaalbrieven . Astronoom Michael Liu en afgestudeerde student Zhoujian Zhang van het UH Institute for Astronomy (IfA) waren co-auteur van het artikel. "Dit werk opent een geheel nieuwe methode om de koudste objecten te vinden die in de buurt van de zon drijven, die anders te zwak zou zijn om te ontdekken met de methoden die de afgelopen 25 jaar zijn gebruikt, " zei Liu.

Bruine dwergen in een nieuw licht

Bruine dwergen bevinden zich op de grens tussen de grootste planeten en de kleinste sterren. Af en toe de bijnaam "mislukte sterren, " bruine dwergen missen de massa om waterstoffusie in hun kernen op gang te brengen, en in plaats daarvan gloeien op infrarode golflengten met overgebleven warmte van hun formatie. Ook wel "superplaneten" genoemd, " Bruine dwergen bezitten gasatmosferen die meer lijken op de gasreuzenplaneten in ons zonnestelsel dan op welke ster dan ook.

Terwijl bruine dwergen de fusiereacties missen die de zon laten schijnen, ze kunnen licht uitzenden op radiogolflengten. Het onderliggende proces dat deze radio-emissie aandrijft, is bekend, zoals het ook voorkomt op de grootste planeet in het zonnestelsel. Het krachtige magnetische veld van Jupiter versnelt geladen deeltjes zoals elektronen, die op zijn beurt straling produceert - in dit geval radiogolven en aurorae.

Het feit dat bruine dwergen radiozenders zijn, maakte de internationale samenwerking van astronomen achter dit resultaat mogelijk om een ​​nieuwe waarnemingsstrategie te ontwikkelen. Radio-emissies zijn eerder gedetecteerd van slechts een handvol koude bruine dwergen, die werden ontdekt en gecatalogiseerd door infraroodonderzoek voordat ze werden waargenomen met radiotelescopen. Het team besloot deze strategie om te draaien, een gevoelige radiotelescoop gebruiken om koude te ontdekken, zwakke radiobronnen en voer vervolgens infraroodwaarnemingen uit met Maunakea-telescopen om ze te categoriseren.

"We vroegen ons af, 'Waarom richten we onze radiotelescoop op gecatalogiseerde bruine dwergen?'" zei Harish Vedantham, hoofdauteur van de studie en astronoom bij ASTRON in Nederland. "Laten we gewoon een groot beeld van de lucht maken en deze objecten direct in de radio ontdekken."

Behalve dat het een opwindend resultaat op zich is, de ontdekking van BDR J1750+3809 zou een verleidelijke blik kunnen werpen op een toekomst waarin astronomen de eigenschappen van de magnetische velden van exoplaneten kunnen meten. Koudbruine dwergen komen het dichtst bij exoplaneten die astronomen momenteel kunnen detecteren met radiotelescopen, en deze ontdekking zou kunnen worden gebruikt om theorieën te testen die de magnetische veldsterkte van exoplaneten voorspellen. Magnetische velden zijn een belangrijke factor bij het bepalen van de atmosferische eigenschappen en de langetermijnevolutie van exoplaneten.

Techniek kan verdere resultaten opleveren

Nadat ze in hun waarnemingen een verscheidenheid aan veelbetekenende radiosignaturen hadden gevonden, het team moest potentieel interessante bronnen van achtergrondsterrenstelsels onderscheiden. Om dit te doen, ze zochten naar een speciale vorm van radiogolven die circulair gepolariseerd waren - een kenmerk van licht van sterren, planeten en bruine dwergen, maar niet van achtergrondsterrenstelsels. Nadat we een circulair gepolariseerde radiobron hebben gevonden, het team wendde zich vervolgens tot archiefbeelden, de Gemini-Noordtelescoop, en de NASA IRTF om de metingen te leveren die nodig zijn om hun ontdekking te identificeren.

NASA IRTF is uitgerust met een gevoelige spectrometer, SpeX, dat de afgelopen 20 jaar een werkpaard is geweest voor het bestuderen van bruine dwergen, inclusief een upgrade vijf jaar geleden gefinancierd door de National Science Foundation. Het team gebruikte SpeX om een ​​spectrum van BDR J1750+3809 te verkrijgen, die de karakteristieke signatuur van methaan in de atmosfeer onthulde. Methaan is het kenmerk van de coolste bruine dwergen, en ook overvloedig aanwezig in de atmosferen van de gasreuzenplaneten van ons zonnestelsel.

"Deze observaties benadrukken echt de verhoogde efficiëntie van SpeX na de door NSF gefinancierde upgrade met ultramoderne infraroodarrays en elektronica in 2015, " zei John Rayner, IRTF Directeur en astronoom bij de UH IfA.