Svag superplanet opdaget af radioteleskop

For første gang, astronomer har brugt observationer fra et radioteleskop og et par observatorier på Maunakea til at opdage og karakterisere en kold brun dværg, også kendt som en "superplanet" eller "mislykket stjerne". Opdagelsen, betegnet BDR J1750+3809, er det første substellare objekt opdaget gennem radioobservationer - indtil nu, brune dværge er stort set blevet fundet fra infrarøde himmelundersøgelser.

BDR J1750+3809 (kaldet "Elegast" af opdagelsesholdet) blev først identificeret ved hjælp af data fra Low-Frequency Array (LOFAR) teleskopet i Europa, og derefter bekræftet ved hjælp af teleskoper på toppen af ​​Maunakea, nemlig International Gemini Observatory og NASA InfraRed Telescope Facility (som drives af University of Hawai'i). At opdage disse objekter direkte med følsomme radioteleskoper såsom LOFAR er et betydeligt gennembrud, fordi det viser, at astronomer kan opdage objekter, der er for kolde og svage til at blive fundet i infrarøde undersøgelser, og måske endda opdage fritsvævende gasgigantiske exoplaneter.

Forskningen er publiceret i The Astrophysical Journal Letters . Astronom Michael Liu og kandidatstuderende Zhoujian Zhang ved UH Institute for Astronomy (IfA) var medforfatter til papiret. "Dette arbejde åbner en helt ny metode til at finde de koldeste objekter, der flyder i Solens nærhed, som ellers ville være for svag til at opdage med de metoder, der er brugt i de sidste 25 år, " sagde Liu.

Brune dværge i et nyt lys

Brune dværge spænder over grænsen mellem de største planeter og de mindste stjerner. Af og til døbt "mislykkede stjerner, "brune dværge mangler massen til at udløse brintfusion i deres kerner, og i stedet gløde ved infrarøde bølgelængder med resterende varme fra deres dannelse. Også kaldet "superplaneter, Brune dværge besidder gasatmosfærer, der ligner de gasgigantiske planeter i vores solsystem mere, end de ligner nogen stjerne.

Mens brune dværge mangler de fusionsreaktioner, der får solen til at skinne, de kan udsende lys ved radiobølgelængder. Den underliggende proces, der driver denne radioemission, er velkendt, da den også forekommer på den største planet i Solsystemet. Jupiters kraftfulde magnetfelt accelererer ladede partikler såsom elektroner, som igen producerer stråling - i dette tilfælde radiobølger og nordlys.

Det faktum, at brune dværge er radiosender, gjorde det muligt for det internationale samarbejde mellem astronomer bag dette resultat at udvikle en ny observationsstrategi. Radioemissioner er tidligere blevet detekteret fra kun en håndfuld kolde brune dværge, som blev opdaget og katalogiseret ved infrarøde undersøgelser, før de blev observeret med radioteleskoper. Holdet besluttede at vende denne strategi, bruge et følsomt radioteleskop til at opdage kulde, svage radiokilder og derefter udføre opfølgende infrarøde observationer med Maunakea-teleskoper for at kategorisere dem.

"Vi spurgte os selv, 'Hvorfor rette vores radioteleskop mod katalogiserede brune dværge?'" sagde Harish Vedantham, hovedforfatter af undersøgelsen og astronom ved ASTRON i Holland. "Lad os bare lave et stort billede af himlen og opdage disse objekter direkte i radioen."

Ud over at være et spændende resultat i sig selv, opdagelsen af ​​BDR J1750+3809 kunne give et pirrende indblik i en fremtid, når astronomer kan måle egenskaberne af exoplaneternes magnetfelter. Kolde brune dværge er det tætteste på exoplaneter, som astronomer i øjeblikket kan opdage med radioteleskoper, og denne opdagelse kunne bruges til at teste teorier, der forudsiger den magnetiske feltstyrke af exoplaneter. Magnetiske felter er en vigtig faktor til at bestemme de atmosfæriske egenskaber og langsigtede udvikling af exoplaneter.

Teknik kunne give yderligere resultater

Efter at have fundet en række afslørende radiosignaturer i deres observationer, holdet skulle skelne potentielt interessante kilder fra baggrundsgalakser. For at gøre det, de søgte efter en speciel form for radiobølger, der var cirkulært polariseret - et træk ved lys fra stjerner, planeter og brune dværge, men ikke fra baggrundsgalakser. Efter at have fundet en cirkulært polariseret radiokilde, holdet vendte sig derefter til arkivbilleder, Gemini-North Telescope, og NASA IRTF til at levere de nødvendige målinger for at identificere deres opdagelse.

NASA IRTF er udstyret med et følsomt spektrometer, SpeX, som har været en arbejdshest til at studere brune dværge i de sidste 20 år, herunder en opgradering for fem år siden finansieret af National Science Foundation. Holdet brugte SpeX til at opnå et spektrum af BDR J1750+3809, som afslørede den karakteristiske signatur af metan i atmosfæren. Metan er kendetegnende for de sejeste brune dværge, og også rigeligt i atmosfæren på vores solsystems gasgigantiske planeter.

"Disse observationer fremhæver virkelig den øgede effektivitet af SpeX efter dets NSF-finansierede opgradering med state-of-the-art infrarøde arrays og elektronik i 2015, " sagde John Rayner, IRTF-direktør og astronom ved UH IfA.