En utilsigtet opdagelse antyder en skjult population af kosmiske objekter

Brune dværge er ikke helt stjerner og er ikke helt planeter, og en ny undersøgelse tyder på, at der kan være flere af dem, der lurer i vores galakse, end forskerne tidligere troede.

En ny undersøgelse tilbyder en fristende forklaring på, hvordan et ejendommeligt kosmisk objekt kaldet WISEA J153429.75-104303.3 - med tilnavnet "The Accident" - opstod. Ulykken er en brun dværg. Selvom de danner som stjerner, disse objekter har ikke nok masse til at kickstarte nuklear fusion, den proces, der får stjerner til at skinne. Og mens brune dværge nogle gange trodser karakterisering, astronomer har et godt greb om deres generelle karakteristika.

Eller det gjorde de, indtil de fandt denne.

Ulykken har fået sit navn efter at være blevet opdaget af rent held. Den gled forbi normale søgninger, fordi den ikke ligner nogen af ​​de lidt over 2, 000 brune dværge, der er blevet fundet i vores galakse indtil videre.

Når brune dværge bliver ældre, de køler af, og deres lysstyrke i forskellige bølgelængder af lys ændres. Det er ikke ulig hvordan nogle metaller, ved opvarmning, gå fra lys hvid til dyb rød, når de afkøles. Ulykken forvirrede videnskabsmænd, fordi den var svag i nogle vigtige bølgelængder, tyder på, at det var meget koldt (og gammelt), men lys i andre, indikerer en højere temperatur.

"Dette objekt trodsede alle vores forventninger, " sagde Davy Kirkpatrick, en astrofysiker ved IPAC ved Caltech i Pasadena, Californien. Han og hans medforfattere udtaler i deres nye undersøgelse, optræder i The Astrophysical Journal Letters , at Ulykken kan være 10 milliarder til 13 milliarder år gammel - mindst det dobbelte af medianalderen for andre kendte brune dværge. Det betyder, at den ville være dannet, da vores galakse var meget yngre og havde en anden kemisk sammensætning. Hvis det er tilfældet, der er sandsynligvis mange flere af disse gamle brune dværge, der lurer i vores galaktiske kvarter.

En ejendommelig profil

Ulykken blev først opdaget af NASA's Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE), lanceret i 2009 under betegnelsen WISE og administreret af NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. Fordi brune dværge er relativt seje genstande, de udstråler for det meste infrarødt lys, eller bølgelængder længere end hvad det menneskelige øje kan se.

For at finde ud af, hvordan Ulykken kunne have sådanne tilsyneladende modstridende egenskaber - nogle tyder på, at det er meget koldt, andre indikerer, at det er meget varmere - forskerne havde brug for mere information. Så de observerede det i yderligere infrarøde bølgelængder med et jordbaseret teleskop ved W. M. Keck Observatory på Hawaii. Men den brune dværg virkede så svag i de bølgelængder, de kunne slet ikke opdage det, tilsyneladende bekræfter deres forslag om, at det var meget koldt.

Dernæst satte de sig for at afgøre, om mørket skyldtes, at Ulykken var længere end forventet fra Jorden. Men det var ikke tilfældet, ifølge præcise afstandsmålinger fra NASAs Hubble- og Spitzer-rumteleskoper. Efter at have bestemt objektets afstand - omkring 50 lysår fra Jorden - indså holdet, at det bevæger sig hurtigt - omkring en halv million miles i timen (800, 000 km/t). Det er meget hurtigere end alle andre brune dværge, der vides at være på denne afstand fra Jorden, hvilket betyder, at den sandsynligvis har været omkring galaksen i lang tid, støder på massive genstande, der accelererer det med deres tyngdekraft.

Med en haug af beviser, der tyder på, at ulykken er ekstremt gammel, forskerne foreslår, at dets mærkelige egenskaber overhovedet ikke er mærkelige, og at de kan være et fingerpeg om dens alder.

Da Mælkevejen blev dannet for omkring 13,6 milliarder år siden, det var næsten udelukkende sammensat af brint og helium. Andre elementer, som kulstof, dannet inde i stjerner; da de mest massive stjerner eksploderede som supernovaer, de spredte grundstofferne i hele galaksen.

Metan, sammensat af brint og kulstof, er almindelig hos de fleste brune dværge, der har en temperatur svarende til Ulykken. Men The Accidents lysprofil antyder, at den indeholder meget lidt metan. Som alle molekyler, metan absorberer specifikke bølgelængder af lys, så en metanrig brun dværg ville være svag i de bølgelængder. Ulykken, derimod er lyst i de bølgelængder, hvilket kunne indikere lave niveauer af metan.

Dermed, lysprofilen af ​​The Accident kunne matche den af ​​en meget gammel brun dværg, der blev dannet, da galaksen stadig var kulstoffattig; meget lidt kulstof ved dannelse betyder meget lidt metan i atmosfæren i dag.

"Det er ikke en overraskelse at finde en brun dværg så gammel, men det er en overraskelse at finde en i vores baghave, sagde Federico Marocco, en astrofysiker ved IPAC ved Caltech, der ledede de nye observationer ved hjælp af Keck- og Hubble-teleskoperne. "Vi forventede, at så gamle brune dværge eksisterede, men vi forventede også, at de var utroligt sjældne. Chancen for at finde en så tæt på solsystemet kunne være et heldigt tilfælde, eller det fortæller os, at de er mere almindelige, end vi troede."

En heldig ulykke

For at finde flere ældgamle brune dværge som The Accident - hvis de er derude - skal forskerne muligvis ændre, hvordan de søger efter disse objekter.

Ulykken blev opdaget af borgerforsker Dan Caselden, som brugte et online-program, han byggede til at finde brune dværge i NEOWISE-data. Himlen er fuld af genstande, der udstråler infrarødt lys; i det store hele, disse objekter ser ud til at forblive faste på himlen, på grund af deres store afstand fra Jorden. Men fordi brune dværge er så svage, de er kun synlige, når de er relativt tæt på Jorden, og det betyder, at videnskabsmænd kan observere dem bevæge sig hen over himlen over måneder eller år. (NEOWISE kortlægger hele himlen cirka en gang hver sjette måned.)

Caseldens program forsøgte at fjerne de stationære infrarøde objekter (som fjerne stjerner) fra NEOWISE-kortene og fremhæve bevægelige objekter, der havde lignende egenskaber som kendte brune dværge. Han så på en sådan brun dværgkandidat, da han så en anden, meget svagere objekt bevæger sig hurtigt hen over skærmen. Dette skulle vise sig at være WISEA J153429.75-104303.3, som ikke var blevet fremhævet, fordi det ikke matchede programmets profil af en brun dværg. Caselden fangede den ved et uheld.

"Denne opdagelse fortæller os, at der er mere variation i brune dværgsammensætninger, end vi har set hidtil, " sagde Kirkpatrick. "Der er sandsynligvis flere mærkelige derude, og vi er nødt til at tænke over, hvordan vi leder efter dem."

Lanceret i 2009, rumfartøjet WISE blev sat i dvale i 2011 efter at have afsluttet sin primære mission. I september 2013 NASA genaktiverede rumfartøjet med det primære mål at scanne efter objekter nær Jorden, eller NEO'er, og missionen og rumfartøjet blev omdøbt NEOWISE. JPL, en afdeling af Caltech, styrede og drev WISE for NASA's Science Mission Directorate (SMD). Missionen blev udvalgt konkurrencedygtigt under NASA's Explorers-program styret af agenturets Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. NEOWISE er et projekt af JPL, en afdeling af Caltech, og University of Arizona, støttet af NASA's Planetary Defense Coordination Office.