حدد فريق دولي من علماء الفلك بدقة نصف قطر وكتلة أصغر نجم يحرق النواة معروف حتى الآن.
وأجريت الملاحظات في مارس 2004 باستخدام جهاز التحليل الطيفي متعدد الألياف FLAMES على تلسكوب VLT Kueyen 8.2 م في مرصد ESO Paranal (تشيلي). وهي جزء من برنامج كبير يهدف إلى قياس السرعات الشعاعية الدقيقة لستين نجمًا تم اكتشاف "انخفاض" سطوع مؤقت لها أثناء مسح OGLE.
وجد الفلكيون أن الانخفاض الذي شوهد في المنحنى الضوئي للنجم المعروف باسم OGLE-TR-122 ناتج عن رفيق نجمي صغير جدًا ، يحجب هذا النجم الشبيه بالطاقة الشمسية مرة واحدة كل 7.3 يومًا.
هذا الرفيق أثقل بـ 96 مرة من كوكب المشتري ولكنه أكبر بنسبة 16 ٪ فقط. إنها المرة الأولى التي تُظهر فيها الملاحظات المباشرة أن النجوم الأقل كتلة من 1/10 من الكتلة الشمسية لها نفس حجم الكواكب العملاقة تقريبًا. من الواضح أن هذه الحقيقة يجب أن تؤخذ في الاعتبار أثناء البحث الحالي لعبور الكواكب الخارجية.
بالإضافة إلى ذلك ، أدت الملاحظات مع التلسكوب الكبير جدًا إلى اكتشاف سبعة ثنائيات جديدة كسوف ، تأوي نجومًا ذات كتل أقل من ثلث كتلة الشمس ، وهي فرصة حقيقية للفلكيين.
مسح OGLE
عندما يمر كوكب أمام نجمه الأم (كما يظهر من الأرض) ، فإنه يحجب جزءًا صغيرًا من ضوء النجم من وجهة نظرنا [1].
إن هذه "الكواكب العابرة" ذات أهمية كبيرة لأنها تسمح لعلماء الفلك بقياس كتلة ونصف قطر الكواكب الخارجية بطريقة فريدة. وبالتالي ، هناك العديد من الاستطلاعات الجارية التي تحاول العثور على هذه التواقيع الباهتة لعوالم أخرى.
أحد هذه البرامج هو مسح OGLE الذي تم تصميمه في الأصل لاكتشاف أحداث العدسات الدقيقة من خلال مراقبة سطوع عدد كبير جدًا من النجوم على مدى فترات زمنية ممتدة. خلال السنوات الماضية ، تضمنت أيضًا بحثًا عن "الانخفاضات" الدورية الضحلة جدًا في سطوع النجوم ، بسبب العبور المنتظم للأجسام المدارية الصغيرة (النجوم الصغيرة أو الأقزام البنية [2] أو الكواكب ذات حجم المشتري). وأعلن فريق OGLE منذ ذلك الحين 177 "مرشح عبور كوكبي" من مسحهم لعدة مئات الآلاف من النجوم في ثلاثة حقول في السماء الجنوبية ، واحد في اتجاه مركز المجرة ، والآخر داخل كوكبة كارينا ، والثالث داخل أبراج Centaurus / Musca.
ومع ذلك ، لا يمكن تحديد طبيعة الجسم العابر إلا من خلال ملاحظات السرعة الشعاعية اللاحقة للنجم الأم. يرتبط حجم التغيرات في السرعة (السعة) ارتباطًا مباشرًا بكتلة الجسم المصاحب ، وبالتالي يسمح بالتمييز بين النجوم والكواكب كسبب للسطوع المرصود "الانخفاض".
منجم النجوم المنخفضة الكتلة
استخدم فريق دولي من علماء الفلك [3] تلسكوب VLT Kueyen بطول 8.2 م لهذا العمل. استفادًا من سعة تعدد الإرسال لمنشآت FLAMES / UVES التي تسمح بالحصول على أطياف عالية الدقة تصل إلى 8 أشياء في وقت واحد ، فقد نظروا إلى 60 نجمة ترشيح عبور OGLE ، وقياس سرعاتها الشعاعية بدقة حوالي 50 م / ث [ 4].
وقد أدى هذا البرنامج الطموح حتى الآن إلى اكتشاف خمسة كواكب خارجية عابرة جديدة (انظر ، على سبيل المثال ، ESO PR 11/04 للإعلان عن اثنين من هذه الكواكب).
تبين أن معظم مرشحي الترانزيت الآخرين الذين حددتهم OGLE يتفوقون على الثنائيات ، وهذا هو ، في معظم الحالات ، النجوم الصغيرة وذات الكتلة المنخفضة التي تمر أمام نجم شبيه بالطاقة الشمسية. هذه الثروة الإضافية من البيانات حول النجوم الصغيرة والخفيفة هي فرصة عظيمة للفلكيين.
تقييد العلاقة بين الكتلة ونصف القطر
النجوم منخفضة الكتلة هي أشياء مثيرة للاهتمام بشكل استثنائي ، أيضًا لأن الظروف المادية في تصميماتها الداخلية لها الكثير من القواسم المشتركة مع تلك الكواكب العملاقة ، مثل المشتري في نظامنا الشمسي. علاوة على ذلك ، فإن تحديد أحجام أصغر النجوم يوفر معلومات غير مباشرة وحاسمة حول سلوك المادة في ظل الظروف القاسية [5].
حتى وقت قريب ، تم إجراء عدد قليل جدًا من الملاحظات ولم يعرف سوى القليل عن النجوم منخفضة الكتلة. في هذه اللحظة ، لا تُعرف القيم الدقيقة لنصف القطر إلا لأربعة نجوم ذات كتل أقل من ثلث كتلة الشمس (راجع ESO PR 22/02 للقياسات التي تم إجراؤها باستخدام مقياس تداخل التلسكوب الكبير جدًا) ولا شيء على الإطلاق. للكتل التي تقل عن ثُمن الكتلة الشمسية.
هذا الوضع يتغير الآن بشكل كبير. في الواقع ، أدت الملاحظات مع التلسكوب الكبير جدًا حتى الآن إلى اكتشاف سبعة ثنائيات جديدة كسوف ، تأوي نجومًا ذات كتل أقل من ثلث كتلة الشمس.
وبالتالي فإن هذه المجموعة الجديدة من الملاحظات تضاعف ثلاث مرات تقريبًا عدد النجوم منخفضة الكتلة التي يُعرف عنها نصف القطر الدقيق والكتل. والأفضل من ذلك - اتضح أن أحد هذه النجوم هو أصغر النجوم المعروفة!
نجوم بحجم الكوكب
القزم النجمى الموجود حديثًا هو رفيق OGLE-TR-122 ، وهو نجم بعيد نوعًا ما في مجرة درب التبانة ، يظهر في اتجاه الكوكبة الجنوبية كارينا.
كشف برنامج OGLE أن OGLE-TR-122 يعاني من انخفاض سطوع بنسبة 1.5 في المائة مرة واحدة كل 7 أيام 6 ساعات و 27 دقيقة ، في كل مرة تستمر لأكثر من 3 ساعات (حوالي 188 دقيقة). تكشف قياسات اللهب / الأشعة فوق البنفسجية ، التي تم إجراؤها خلال 6 ليال في مارس 2004 ، عن تغيرات في السرعة الشعاعية لهذه الفترة بسعة تبلغ حوالي 20 كم / ثانية. هذا هو التوقيع الواضح لنجم منخفض الكتلة للغاية ، قريب من حد حرق الهيدروجين ، يدور حول OGLE-TR-122. تلقى هذا الرفيق الاسم OGLE-TR-122b.
كما أوضح فرانسيس بوشي من المرصد الفلكي مرسيليا بروفانس (فرنسا): "جنبًا إلى جنب مع المعلومات التي جمعتها OGLE ، تتيح لنا بيانات التحليل الطيفي الآن تحديد طبيعة النجم الأكثر ضخامة في النظام ، والذي يبدو أنه يعمل بالطاقة الشمسية- مثل".
يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لتحديد كتلة ونصف قطر الرفيق الأصغر كثيرًا OGLE-TR-122b. في الواقع ، يعطي عمق (انخفاض سطوع) العبور تقديرًا مباشرًا للنسبة بين نصف قطر النجمين ، ويوفر المدار الطيفي قيمة فريدة لكتلة الرفيق ، بمجرد معرفة كتلة النجم الأكبر .
وجد الفلكيون أن OGLE-TR-122b يزن واحدًا من أحد عشر كتلة الشمس ويبلغ قطره ثُمن الكتلة الشمسية فقط. وهكذا ، على الرغم من أن النجم لا يزال 96 ضعف كتلة المشتري ، إلا أنه أكبر بنسبة 16٪ من هذا الكوكب العملاق!
نجمة كثيفة
يقترح كلاوديو ميلو من ESO وعضو فريق الفلكيين الذين أجروا الدراسة: "تخيل أنك تضيف 95 ضعفًا من كتلتها إلى المشتري ، ومع ذلك ينتهي بك المطاف بنجم أكبر قليلاً فقط". "يتقلص الجسم فقط لإفساح المجال للمادة الإضافية ، ليصبح أكثر كثافة."
كثافة مثل هذا النجم أكثر من 50 ضعفًا كثافة الشمس.
يؤكد فريدريك بونت من مرصد جنيف (سويسرا) أن "هذه النتيجة تظهر وجود نجوم تبدو بشكل لافت للنظر مثل الكواكب ، حتى من مسافة قريبة". "أليس من الغريب أن نتخيل أنه حتى لو تلقينا صورًا من مسبار فضائي مستقبلي يقترب من مثل هذا الجسم من مسافة قريبة ، فلن يكون من السهل تمييز ما إذا كان نجمًا أو كوكبًا؟"
مثل جميع النجوم ، ينتج OGLE-TR-122b بالفعل طاقة في الداخل عن طريق التفاعلات النووية. ومع ذلك ، نظرًا لكتلته المنخفضة ، فإن إنتاج الطاقة الداخلي هذا صغير جدًا ، خاصةً مقارنة بالطاقة التي ينتجها نجمه المصاحب للشمس الشمسية.
ليس أقل ما يلفت النظر هو حقيقة أن الكواكب الخارجية التي تدور حول قريب جدًا من نجمها المضيف ، ما يسمى "المشتري الساخن" ، لها نصف قطر قد يكون أكبر من النجم الذي تم العثور عليه حديثًا. نصف قطر الكواكب الخارجية HD209458b ، على سبيل المثال ، أكبر بحوالي 30٪ من نصف قطر المشتري. وبالتالي فهي أكبر بكثير من OGLE-TR-122b!
المتنكرون
هذا الاكتشاف له أيضًا آثار عميقة على البحث المستمر عن الكواكب الخارجية. توضح هذه الملاحظات بوضوح أن بعض الأجسام النجمية يمكن أن تنتج بدقة نفس الإشارات الضوئية (تغييرات السطوع) مثل الكواكب العابرة للمشتري [6]. علاوة على ذلك ، أظهرت الدراسة الحالية أن مثل هذه النجوم ليست نادرة.
وبالتالي فإن النجوم مثل OGLE-TR-122b هي متنكر بين الكواكب الخارجية العملاقة ، ويلزم العناية الخارجية لتمييزها عن أبناء عمومتها الكواكب. لا يمكن الكشف عن مثل هذه النجوم الصغيرة إلا من خلال متابعة القياسات الطيفية عالية الدقة مع أكبر التلسكوبات. هناك المزيد من العمل في المستقبل بالنسبة إلى التلسكوب الكبير جدًا!
معلومات اكثر
تستند المعلومات الواردة في هذا البيان الصحفي إلى مقالة بحثية ستظهر قريبًا كرسالة إلى المحرر في المجلة البحثية الرائدة "علم الفلك والفيزياء الفلكية" ("نجم عابر بحجم كوكب حول OGLE-TR-122" بقلم ف. بونت وآخرون). الورقة متاحة بصيغة PDF على موقع A&A.
ملاحظات
[1]: الأقزام البنية ، أو "النجوم الفاشلة" ، هي كائنات أكبر حتى 75 مرة من المشتري. إنها صغيرة جدًا بحيث لا تشعلها عمليات الاندماج النووي الرئيسية في الداخل.
[2]: نصف قطر كوكب بحجم المشتري أصغر بعشر مرات تقريبًا من نجم من النوع الشمسي ، أي أنه يغطي حوالي 1/100 من سطح ذلك النجم وبالتالي يحجب حوالي 1٪ من الضوء النجمي أثناء العبور.
[3]: يتألف الفريق من Frédic ric Pont و Michel Mayor و Didier Queloz و St؟ phan Udry من مرصد جنيف في سويسرا ، Claudio Melo من ESO-Chile و Fran ois Bouchy في Observatoire Astronomique Marseille Provence في فرنسا ونونو سانتوس من مرصد لشبونة الفلكي ، البرتغال.
[4]: هذا يقيس سرعة 180 كم / ساعة. وبالمقارنة ، فإن حركة الشمس التي يسببها المشتري حوالي 13 م / ث أو 47 كم / ساعة. تتناسب هذه الحركة مع كتلة الكوكب وتتناسب عكسًا مع الجذر التربيعي لمسافة بعدها عن النجم.
[5]: بالنسبة للنجم العادي مثل الشمس الذي تتصرف مادته مثل الغاز المثالي ، يكون الحجم النجمي متناسبًا مع الكتلة. ومع ذلك ، بالنسبة للنجوم منخفضة الكتلة ، تصبح التأثيرات الكمية مهمة وتصبح المادة النجمية "متدهورة" ، تقاوم الضغط أكثر بكثير من الغاز المثالي. بالنسبة للأجسام التي تقل كتلتها عن 75 مرة كتلة المشتري ، أي الأقزام البنية ، فإن المادة تتدهور تمامًا ولا يعتمد حجمها على الكتلة.
[6]: لاحظ أن جسمًا عابرًا بعيدًا - نجمًا أو كوكبًا - سينتج دائمًا "سطوعًا" للسطوع ، مهما كان ساطعًا. قبل وبعد العبور ، يساوي السطوع المسجل مجموع سطوع النجم المركزي ونوع الجسم المداري. أثناء النقل ، يكون السطوع المسجل هذا المجموع مطروحًا منه الضوء المنبعث من ذلك الجزء من النجم المركزي الذي يتم حجبه.
المصدر الأصلي: ESO News Release
