NASA’nın Webb Teleskobu Rekor Kıran Minyatür Kahverengi Cüceyi Keşfetti

Keşif şu soruyu yanıtlamaya yardımcı oluyor: Yıldız oluştururken ne kadar küçülebilirsiniz?

Kahverengi cücelere bazen başarısız yıldızlar da denir, çünkü yıldızlar gibi yerçekimsel çöküşle oluşurlar, ancak hiçbir zaman nükleer füzyonu ateşleyecek kadar kütle kazanamazlar. En küçük kahverengi cüceler kütle olarak dev gezegenlerle örtüşebilir. En küçük kahverengi cüceyi bulma arayışında gökbilimciler, James Webb Uzay Teleskobu Yeni rekor sahibini bulduk: kütlesinin yalnızca üç ila dört katı ağırlığında bir nesne Jüpiter.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu üzerindeki NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera) cihazından alınan bu görüntü, IC 348 yıldız kümesinin merkezi kısmını göstermektedir. Görüntüyü dolduran incecik perdeler, kümenin yıldızlarından gelen ışığı yansıtan yıldızlararası malzemedir; buna yıldız kümesi adı verilir. bir yansıma bulutsusu. Malzeme aynı zamanda polisiklik aromatik hidrokarbonlar veya PAH’lar olarak bilinen karbon içeren molekülleri de içerir. Kümedeki en büyük yıldızlardan gelen rüzgarlar, görüş alanının sağ tarafında görülen büyük halkanın şekillenmesine yardımcı olabilir. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Kevin Luhman (PSU), Catarina Alves de Oliveira (ESA)

Webb Uzay Teleskobu Serbest Yüzen En Küçük Kahverengi Cüceyi Tespit Etti

Kahverengi cüceler, yıldızlar ve gezegenler arasındaki ayrım çizgisinin üzerinde yer alan nesnelerdir. Yıldızlar gibi oluşurlar, kendi yerçekimi altında çökecek kadar yoğunlaşırlar, ancak hiçbir zaman hidrojeni birleştirip bir yıldıza dönüşecek kadar yoğun ve sıcak olmazlar. Ölçeğin alt ucunda bazı kahverengi cüceler, Jüpiter’in kütlesinin yalnızca birkaç katı ağırlığında dev gezegenlerle kıyaslanabilir.

En Küçük Yıldızlar Nelerdir?

Gökbilimciler yıldız benzeri bir biçimde oluşabilen en küçük nesneyi belirlemeye çalışıyor. Kullanan bir ekip NASAJames Webb Uzay Teleskobu yeni rekor sahibinin kimliğini belirledi: Jüpiter’in yalnızca üç ila dört katı kütleye sahip, küçük, serbestçe yüzen bir kahverengi cüce.

“Her astronomi ders kitabında bulacağınız temel soru şudur: En küçük yıldızlar nelerdir? Cevaplamaya çalıştığımız şey bu,” diye açıkladı Pensilvanya Eyalet Üniversitesi’nden başyazar Kevin Luhman.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndaki NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera) cihazından alınan bu görüntü, IC 348 yıldız kümesinin merkezi kısmını gösteriyor. Gökbilimciler, minik, serbest yüzen kahverengi cüceleri (yıldız olamayacak kadar küçük nesneler) bulmak için kümeyi taradılar. ancak çoğu gezegenden daha büyüktür. Jüpiter’in kütlesinin sekiz katından daha az olan, ana görüntüde daire içine alınmış ve sağdaki ayrıntılı çekmecelerde gösterilen üç kahverengi cüce buldular. En küçüğü Jüpiter’in yalnızca üç ila dört katı ağırlığındadır ve bu da yıldız oluşumuna ilişkin teorileri zorlamaktadır.
Görüntüyü dolduran incecik perdeler, yansıma bulutsusu olarak bilinen, kümenin yıldızlarından gelen ışığı yansıtan yıldızlararası malzemedir. Malzeme aynı zamanda polisiklik aromatik hidrokarbonlar veya PAH’lar olarak bilinen karbon içeren molekülleri de içerir. Çerçevenin merkezine en yakın parlak yıldız aslında ikili sistemdeki bir çift B tipi yıldızdır ve bunlar kümedeki en büyük yıldızlardır. Bu yıldızlardan gelen rüzgarlar, görüş alanının sağ tarafında görülen büyük halkanın şekillenmesine yardımcı olabilir.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Kevin Luhman (PSU), Catarina Alves de Oliveira (ESA)

Arama stratejisi

Yeni keşfedilen bu kahverengi cüceyi bulmak için Luhman ve meslektaşı Catarina Alves de Oliveira, Perseus yıldız oluşum bölgesinde yaklaşık 1000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan IC 348 yıldız kümesini incelemeyi seçtiler. Bu küme gençtir; yalnızca 5 milyon yaşındadır. Sonuç olarak, herhangi bir kahverengi cüce, oluşum ısısından dolayı kızılötesi ışıkta hala nispeten parlak olacaktır.

Ekip ilk olarak kahverengi cüce adaylarını parlaklıklarından ve renklerinden tanımlamak için Webb’in NIRCam’ini (Yakın Kızılötesi Kamera) kullanarak kümenin merkezini görüntüledi. Webb’in NIRSpec’ini (Yakın Kızılötesi Spektrograf) kullanarak en umut verici hedefleri takip ettiler. mikro deklanşör dizisi.

Webb’in kızılötesi duyarlılığı çok önemliydi ve ekibin yerdeki teleskoplara göre daha sönük nesneleri tespit etmesine olanak tanıyordu. Buna ek olarak, Webb’in keskin görüşü, hangi kırmızı nesnelerin kesin kahverengi cüceler olduğunu ve hangilerinin damlacık arka plan galaksileri olduğunu belirlemelerine olanak sağladı.

Bu ayıklama süreci, yüzey sıcaklıkları 1.500 ila 2.800 derece arasında değişen, üç ila sekiz Jüpiter kütlesi ağırlığında üç ilgi çekici hedefin ortaya çıkmasına yol açtı. Fahrenhayt (830 ila 1.500 derece santigrat). Bilgisayar modellerine göre bunların en küçüğü Jüpiter’in yalnızca üç ila dört katı ağırlığındadır.

IC 348 yıldız kümesinin Webb’in Yakın Kızılötesi Kamerası (NIRCam) tarafından çekilen bu görüntüsü, referans amacıyla pusula oklarını, ölçek çubuğunu ve renk anahtarını göstermektedir.
Kuzey ve doğu pusula okları görüntünün gökyüzündeki yönünü gösterir. Gökyüzünde kuzey ve doğu arasındaki ilişkinin (aşağıdan görüldüğü gibi) yer haritasındaki yön oklarına (yukarıdan görüldüğü gibi) göre ters çevrildiğine dikkat edin.
Ölçek çubuğu, ışığın bir Dünya yılında kat ettiği mesafe olan ışık yılı cinsinden etiketlenmiştir. (Işığın ölçek çubuğunun uzunluğuna eşit bir mesafeyi kat etmesi 0,1 yıl sürer.) Bir ışık yılı yaklaşık 5,88 trilyon mile veya 9,46 trilyon kilometreye eşittir. Bu görüntüde gösterilen görüş alanı yaklaşık 0,5 ışıkyılı genişlikte ve 0,8 ışıkyılı yüksekliktedir.
Bu görüntü, görünür ışık renklerine dönüştürülmüş ışığın görünmez yakın kızılötesi dalga boylarını göstermektedir. Renk tuşu, ışığı toplarken hangi NIRCam filtrelerinin kullanıldığını gösterir. Her filtre adının rengi, o filtreden geçen kızılötesi ışığı temsil etmek için kullanılan görünür ışık rengidir.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Kevin Luhman (PSU), Catarina Alves de Oliveira (ESA)

Bu kadar küçük bir kahverengi cücenin nasıl oluşabileceğini açıklamak teorik olarak zordur. Ağır ve yoğun bir gaz bulutu, çöküp bir yıldız oluşturacak kadar çok yer çekimine sahiptir. Bununla birlikte, yerçekiminin daha zayıf olması nedeniyle, küçük bir bulutun çökerek kahverengi bir cüce oluşturması daha zor olmalıdır ve bu, özellikle dev gezegenlerin kütlelerine sahip kahverengi cüceler için geçerlidir.

ESA’dan Catarina Alves de Oliveira, “Mevcut modellerin bir yıldızın etrafındaki diskte dev gezegenler yapması oldukça kolay” dedi (Avrupa Uzay Ajansı), gözlem programının baş araştırmacısı. “Ancak bu kümede, bu nesnenin bir diskte oluşması, bunun yerine bir yıldız gibi oluşması pek olası değil ve üç Jüpiter kütlesi Güneşimizden 300 kat daha küçüktür. O halde şunu sormamız gerekiyor: Bu kadar küçük kütlelerde yıldız oluşum süreci nasıl işliyor?”

Gizemli Bir Molekül

Küçük kahverengi cüceler, yıldız oluşum süreci hakkında ipuçları vermenin yanı sıra, gökbilimcilerin ötegezegenleri daha iyi anlamalarına da yardımcı olabilir. En küçük kütleye sahip kahverengi cüceler, en büyük ötegezegenlerle örtüşür; bu nedenle bazı benzer özelliklere sahip olmaları beklenir. Bununla birlikte, serbest yüzen bir kahverengi cüceyi incelemek, bir deve göre daha kolaydır. dış gezegen çünkü ikincisi, ev sahibi yıldızın parıltısı içinde gizlenmiştir.

Bu araştırmada tanımlanan kahverengi cücelerden ikisi, tanımlanamayan bir hidrokarbonun veya hem hidrojen hem de karbon atomlarını içeren molekülün spektral imzasını göstermektedir. Aynı kızılötesi imza, NASA’nın Cassini misyonu tarafından atmosferlerde de tespit edildi. Satürn ve uydusu Titan. Ayrıca yıldızlararası ortamda veya yıldızlar arasındaki gazda da görülmüştür.

Alves de Oliveira, “Bu molekülü güneş sistemimizin dışındaki bir nesnenin atmosferinde ilk kez tespit ediyoruz” dedi. “Kahverengi cüce atmosferlerine yönelik modeller onun varlığını öngörmüyor. Daha önce hiç olmadığı kadar genç yaşlara ve daha düşük kütlelere sahip nesnelere bakıyoruz ve yeni ve beklenmedik bir şey görüyoruz.”

Kahverengi Cüce mi yoksa Rogue Planet mi?

Nesneler dev gezegenlerin kütle aralığı içinde olduğundan, bunların gerçekten kahverengi cüceler mi olduğu, yoksa gerçekten gezegen sistemlerinden atılmış başıboş gezegenler mi olduğu sorusunu gündeme getiriyor. Ekip ikincisini göz ardı edemese de, onların kahverengi cüce olma ihtimalinin fırlatılmış bir gezegenden çok daha yüksek olduğunu savunuyorlar.

Dev bir gezegenin fırlatılması iki nedenden dolayı olası değildir. Birincisi, bu tür gezegenler genel olarak daha küçük kütleli gezegenlerle karşılaştırıldığında nadirdir. İkincisi, yıldızların çoğu düşük kütleli yıldızlardır ve dev gezegenler bu yıldızlar arasında özellikle nadirdir. Sonuç olarak, IC 348’deki yıldızların çoğunun (bunlar düşük kütleli yıldızlardır) bu kadar büyük gezegenler üretme kapasitesine sahip olması pek mümkün değildir. Ayrıca küme yalnızca 5 milyon yaşında olduğundan, dev gezegenlerin oluşup sistemlerinden atılmaları için muhtemelen yeterli zaman olmamıştır.

Bu türden daha fazla nesnenin keşfedilmesi, durumlarının netleştirilmesine yardımcı olacaktır. Teoriler, haydut gezegenlerin bir yıldız kümesinin eteklerinde bulunma olasılığının daha yüksek olduğunu, dolayısıyla arama alanının genişletilmesinin, eğer IC 348 içinde mevcutlarsa onları tanımlayabileceğini öne sürüyor.

Gelecekteki çalışmalar aynı zamanda daha soluk ve daha küçük nesneleri tespit edebilecek daha uzun araştırmaları da içerebilir. Ekip tarafından yürütülen kısa araştırmanın, Jüpiter’in kütlesinin iki katı kadar küçük nesneleri tespit etmesi bekleniyordu. Daha uzun araştırmalar kolaylıkla bir Jüpiter kütlesine ulaşabilir.

Bu gözlemler Garantili Zamanlı Gözlem programı 1229’un bir parçası olarak alınmıştır. Astronomi Dergisi.

Referans: KL Luhman, C. Alves de Oliveira, I. Baraffe, G. Chabrier, TR Geballe, RJ Parker, YJ Pendleton ve P. Tremblin, 13 Aralık 2023 tarafından yazılan “IC 348*’deki Gezegensel Kütleli Kahverengi Cüceler için JWST Araştırması” , Astronomi Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad00b7

James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözüyor, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakıyor ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştırıyor. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yürütülen uluslararası bir programdır.