Geheimnisvolles Licht um einen neu gebildeten Stern und was Astronomen darüber denken

Infrarotbild eines CS Chameleon Doppelsterns mit einem kürzlich entdeckten Begleiter (eingekreist durch eine gepunktete Linie). Der Begleiter ist einzigartig unter allen von uns entdeckten und hat wahrscheinlich eine eigene Staubscheibe

In unserem Universum ist es sehr schwierig zu wachsen. Im großen Gravitationstanz des Kosmos triumphieren normalerweise die größten und massereichsten „Embryonen“ von Körpern: Sie ziehen immer mehr Materie an, die in der Nähe verfügbar ist. In der Molekülwolke, in der sich Sterne bilden, stellt sich normalerweise heraus, dass die Klumpen der größten Masse zu Sternen wachsen und die verbleibende Masse zu einer Scheibe abgeflacht wird. In dieser Scheibe bilden sich kleinere Klumpen, die zu Planeten, Monden und anderen eisigen und felsigen Körpern wachsen.

Bei der Beobachtung der den jungen Stern umgebenden protoplanetaren Scheibe gibt es einen Schlüssel zur Entdeckung des Prozesses der Planetenbildung. 600 Lichtjahre von uns entfernt befindet sich ein CS-Chamäleonstern im kleinen südlichen Sternbild Chamäleon - dies ist ein kleiner Doppelstern im Entstehungsprozess. Wissenschaftler auf der Suche nach Planeten stießen auf etwas, das sie zuvor noch nicht gesehen hatten. Wir beschäftigen uns noch mit diesem Thema, aber es kann sich herausstellen, dass wir die Geburt eines Braunen Zwergs beobachten : eines unterentwickelten Sterns.


Staubbereiche, durch die der Blick optischer Teleskope nicht eindringen kann, sind für Infrarot-Teleskope wie VLT + SPHERE oder HAWK-I des European Southern Observatory, von dem dieses Bild erhalten wurde, transparent. Der Infrarotbereich zeigt perfekt die Orte der Bildung neuer und zukünftiger Sterne, an denen die Dichte des Staubes, der das sichtbare Licht blockiert, am größten ist

Jede molekulare Gaswolke mit ausreichend großer Masse kann einen neuen Stern bilden. Wenn die Wolke ausreichend abkühlt, beginnt sie zu schrumpfen, und die größten anfänglichen Unvollkommenheiten ziehen den größten Teil der Materie an. Chameleon CS ist eines dieser kürzlich geborenen Systeme, dessen zentrale Region aus einem Doppelstern im Entstehungsprozess besteht. Der Stern ist von einer Staubscheibe umgeben: genau das, was wir um das aufkommende Sternensystem erwartet hatten. Mit dem SPHERE-Instrument des Very Large Telescope in Chile haben Wissenschaftler das System, seine Scheibe und die umgebende Materie im Detail gemessen. Sie suchten nach neuen Planeten, fanden aber etwas noch Besseres als den kürzlich erschienenen Planeten.


Der junge Stern 2MASS J16281370-2431391 ist von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben, die fast vom Rand aus sichtbar ist: einer protoplanetaren Scheibe. Seit der Entdeckung von 2MASS haben wir viele solcher Objekte entdeckt und sie genauer untersucht.

Normalerweise kommt unpolarisiertes Licht von einem Stern: Die elektrischen und magnetischen Lichtfelder sind zufällig ausgerichtet. Wenn Licht von etwas reflektiert wird, wird es polarisiert. Daher ist das Sternenlicht nicht polarisiert und das von der protoplanetaren Scheibe reflektierte Licht muss polarisiert werden. Und in der Nähe dieser Scheibe im Infrarotbereich sahen Wissenschaftler ein weiteres kleines Objekt. Laut einer neuen Arbeit , die in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht werden soll, ist die Helligkeit dieses Objekts genau so, dass es entweder ein Planet oder ein Brauner Zwerg mit kleiner Masse sein kann. Die Überraschung ist jedoch, dass sich das Licht dieses Objekts, das seine eigene unpolarisierte Strahlung aussenden sollte, als polarisiert herausstellte.


Ein Infrarotbild eines Doppelsterns und eines kürzlich entdeckten Begleiters, sichtbar durch spezielle Polarisationsfilter, die die Staubscheibe und die Exoplaneten sichtbar machen. Der Begleiter scheint eine eigene Staubscheibe zu haben.

Wenn es sich um einen Gasriesen oder einen Braunen Zwerg handelte, könnte das Licht leicht polarisiert sein: auf einem Niveau von etwa 1%. Astronomen haben lange nach solchen Signalen in solchen Systemen gesucht, aber ohne Erfolg. Zum ersten Mal wurde ein Zeichen der Polarisierung um einen so winzigen Begleiter entdeckt. Der Polarisationsgrad betrug jedoch keineswegs 1%, wie zu erwarten war. Stattdessen war es buchstäblich astronomisch: unglaubliche, beispiellose 14%! Es gibt sehr, sehr wenige Objekte im Universum, die eine solche Polarisierung erzeugen können, daher muss das Team, das unter der Leitung von Christian Ginsky daran arbeitet, sehr vorsichtig sein.


Abwechselnder Vergleich von infrarotem und polarisiertem Licht, bei dem eine unglaublich hohe Polarisation von einem Begleiter in einem binären System zu sehen ist

Eine der Ideen, die sofort in den Sinn kamen - dies ist möglicherweise kein wirklicher Begleiter des Systems, sondern eine entfernte Galaxie, die Licht mit hoher Polarisation aussendet. Aktive Galaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern, die Materie aktiv absorbieren, verdauen Materie und spucken extrem energiereiche relativistische Jets aus ; ihr Polarisationspegel kann einen solchen Pegel erreichen. Ginskys Team untersuchte diese Möglichkeit jedoch, indem es vor vielen Jahren ältere Daten des Hubble-Teleskops untersuchte, um festzustellen, ob es einen solchen Begleiter gab. Und obwohl nichts dergleichen gefunden wurde, tauchen die störenden Beugungsstrahlen, die ihm aufgrund seines Designs innewohnen, manchmal auf dem Foto von Hubble auf. Und obwohl wir in naher Zukunft ein Teleskop ohne solche Funktionen haben werden, müssen wir heute ausgefeilte Verarbeitungstechnologien verwenden, um sie zu entfernen. Sie haben genau das getan - und schauen Sie, sie haben wirklich einen solchen Begleiter gefunden.


Chameleons CS fotografierte Hubble und die charakteristischen Beugungsstrahlen, um es milde auszudrücken, was es schwierig machte, einen doppelten Begleiter zu identifizieren. Mit den entsprechenden Techniken können Sie diese Strahlen jedoch subtrahieren und diesen Begleiter sehen

Wenn es ein Hintergrundobjekt wäre, wäre es vor vielen Jahren nicht an der gleichen Stelle wie jetzt, dank der Bewegung des Sterns am Himmel. Daher erwies sich dieser schwach beleuchtete, stark polarisierte Lichtball wirklich als Begleiter des CS-Chamäleons. Was bedeutet das? Laut Ginski selbst :

Das Interessanteste ist, dass das Licht des Begleiters stark polarisiert ist. Diese bevorzugte Polarisationsrichtung tritt normalerweise auf, wenn Licht entlang seines Weges gestreut wird. Wir vermuten, dass der Begleiter von einer eigenen Staubscheibe umgeben ist. Der Trick ist, dass die Festplatte den größten Teil der Welt blockiert, sodass wir die Masse eines Begleiters kaum bestimmen können.

Interessanterweise deuten die Daten nicht nur darauf hin, dass der Begleiter eine eigene Festplatte hat, sondern dass diese Festplatte nicht parallel zur Haupt-Doppelsternfestplatte ist!


Infografiken des Doppelsterns des CS-Chamäleons und der umgebenden Doppelscheibe (links) mit einem kürzlich entdeckten Begleiter (rechts). Der Begleiter befindet sich mehr als 214 Mal weiter von einem Doppelstern entfernt als die Erde von der Sonne, bezieht sich aber offensichtlich auf dieses System. Das gesamte System befindet sich ungefähr 165 Parsec (538 Lichtjahre) von der Erde entfernt.

Um die empfangenen Daten zu reproduzieren, muss sich die Disc fast am Rand zu uns befinden. Was seltsam ist, da die Scheibe des Hauptbinärsystems des CS-Chamäleons irgendwo zwischen der Position „Kante“ und der „Ebene“ zu uns geneigt ist. Wir haben diesen Mangel an Ausrichtung bereits mehr als einmal gesehen - wir sind bereits auf staubige und nicht parallele binäre und dreifache Systeme gestoßen. Aber wir haben zuerst einen polarisierten Begleiter außerhalb einer dieser protoplanetaren Scheiben entdeckt!
Da seine Staubscheibe so viel Licht blockiert, ist es für uns sehr schwierig, die Masse des Begleiters zu bestimmen. Gehört es zu Planeten der Jupiter-Klasse? Super Jupiter? Oder ist es laut den Autoren ein brauner Zwerg von geringer Masse: ein unterentwickelter Stern?

Eine Staubscheibe um einen Gefährten zu haben bedeutet mit ziemlicher Sicherheit, dass er in Zukunft seine eigenen Gefährten bekommen wird, was auch immer er ist!


Braune Zwerge mit 13 bis 80 Jupitermassen verwandeln Deuterium + Deuterium in Helium-3 oder Tritium und bleiben ungefähr so ​​groß wie Jupiter. Sie erhalten nur eine viel größere Masse. Der derzeitige Begleiter des CS-Chamäleons kann eine Masse von mehreren Jupitermassen bis zu 20 solcher Massen haben. In der Abbildung ist die Sonne nicht maßstabsgetreu angegeben, sie wäre um ein Vielfaches größer.

Wir sind uns nicht sicher, ob wir das Alter des Systems korrekt auf 2-3 Millionen Jahre schätzen, und wir sind uns nicht sicher, ob es seine Entstehung bereits abgeschlossen hat. Das mit dem Very Large Telescope erhältliche SPHERE-Instrument hat in der Infrarotastronomie seine Grenzen erreicht. Wenn wir jedoch zu langen Wellenlängen und anderen Observatorien gehen, können wir dies herausfinden. Daher plant das Team Nachbeobachtungen mit dem ALMA- Teleskop.


Das Atacama Large Millimeter Submillimeter Array ( ALMA ) ist eines der leistungsstärksten Radioteleskope der Erde. Sie sind in der Lage, langwellige Signale von Atomen, Molekülen und Ionen zu messen, die für Teleskope mit kürzeren Wellenlängen wie Hubble nicht zugänglich sind. Sie können auch die Eigenschaften protoplanetarer Systeme, die selbst für Infrarot-Teleskope nicht sichtbar sind, detailliert messen.

Bei der Betrachtung solcher Systeme ergeben sich eine ganze Reihe zusätzlicher Fragen. Wächst die Masse des Gefährten? Ändert sich das von ihm emittierte Licht mit der Zeit? Sind die Hauptbinärsterne des Planeten in der Scheibe gebildet? Wird sich der Prozentsatz der Polarisation im Laufe der Zeit ändern? Die Hauptscheibe eines Doppelsterns endet ungefähr in einer Entfernung, die der Entfernung von der Sonne zum Aphel von Pluto entspricht, aber der zusätzliche Begleiter ist in einer zehnmal größeren Entfernung. Und wie die Autoren schließen:

Wir fanden heraus, dass die erhaltenen Beobachtungen den ausgestorbenen Braunen Zwerg mit kleiner Masse (≈ 20 Jupitermassen) oder einen Planeten mit großer Masse, der von einer nicht verfallenen Scheibe umgeben ist, am besten erklären.

Es kann sich herausstellen, dass wir zum ersten Mal ein substellares oder planetarisches System im Entstehungsprozess beobachten: eine vergrößerte Version von Jupiter und den Jupitermonden. Wenn wir zusätzliche Informationen zu diesem und ähnlichen Systemen erhalten, begeben wir uns auf den Weg eines genauen Verständnisses darüber, wie die Sternensysteme dieses Universums gebildet, entwickelt und wachsen. Erstaunliche Zeit, um den Himmel zu beobachten!