En internationell forskargrupp ledd av universitetet i Bern har upptäckt ett exotiskt binärt system som består av två unga planetliknande objekt, kretsar runt varandra på mycket stort avstånd. Även om dessa objekt ser ut som gigantiska exoplaneter, de bildades på samma sätt som stjärnor, bevisar att mekanismerna som driver stjärnbildningen kan skapa oseriösa världar i ovanliga system som berövas en sol.

Stjärnbildande processer skapar ibland mystiska astronomiska föremål som kallas bruna dvärgar, som är mindre och kallare än stjärnor, och kan ha massor och temperaturer ner till exoplaneternas i de mest extrema fallen. Precis som stjärnor, bruna dvärgar vandrar ofta ensamma genom rymden, men kan också ses i binära system, där två bruna dvärgar kretsar runt varandra och reser tillsammans i galaxen.

Forskare under ledning av Clémence Fontanive från Center for Space and Habitability (CSH) och NCCR PlanetS upptäckte ett konstigt stjärnlöst binärt system av bruna dvärgar. Systemet CFHTWIR-Oph 98 (eller kortfattat Oph 98) består av de två mycket låga objekten Oph 98 A och Oph 98 B. Det är beläget 450 ljusår från jorden i stjärnföreningen Ophiuchus. Forskarna blev förvånade över det faktum att Oph 98 A och B kretsar runt varandra från ett slående stort avstånd, ungefär 5 gånger avståndet mellan Pluto och solen, vilket motsvarar 200 gånger avståndet mellan jorden och solen. Studien har precis publicerats i The Astrophysical Journal Letters .

Extremt låga massor och en mycket stor separation

Paret är ett sällsynt exempel på två objekt som i många aspekter liknar extrasolära jätteplaneter, kretsar runt varandra utan någon moderstjärna. Den mer massiva komponenten, Oph 98 A, är en ung brun dvärg med en massa på 15 gånger Jupiters massa, som är nästan exakt på gränsen som skiljer bruna dvärgar från planeter. Dess följeslagare, Oph 98 B, är bara 8 gånger tyngre än Jupiter.

Komponenter i binära system är bundna av en osynlig länk som kallas gravitationsbindningsenergi, och detta band blir starkare när föremål är mer massiva eller närmare varandra. Med extremt låga massor och en mycket stor separation, Oph 98 har den svagaste bindningsenergin av något binärt system känt hittills.

Upptäckt tack vare data från Hubble

Clémence Fontanive och hennes kollegor upptäckte följeslagaren till Oph 98 A med hjälp av bilder från rymdteleskopet Hubble. Fontanive säger:"Lågmassa bruna dvärgar är väldigt kalla och avger väldigt lite ljus, endast genom infraröd värmestrålning. Denna värmeglöd är extremt svag och röd, och bruna dvärgar är därför endast synliga i infrarött ljus." stjärnassociationen där binären är belägen, Ophiuchus, är inbäddad i en tät, dammigt moln som sprider synligt ljus. "Infraröda observationer är det enda sättet att se genom detta damm, " förklarar den ledande forskaren. "Att upptäcka ett system som Oph 98 kräver också en kamera med mycket hög upplösning, eftersom vinkeln som skiljer Oph 98 A och B är tusen gånger mindre än månen på himlen, ", tillägger hon. Rymdteleskopet Hubble är bland de få teleskop som kan observera objekt som är så svaga som dessa bruna dvärgar, och kan lösa så snäva vinklar.

Eftersom bruna dvärgar är tillräckligt kalla, vattenånga bildas i deras atmosfär, skapa framträdande särdrag i det infraröda som vanligtvis används för att identifiera bruna dvärgar. Dock, dessa vattensignaturer kan inte lätt upptäckas från jordens yta. Beläget ovanför atmosfären i rymdens vakuum, Hubble gör det möjligt att undersöka förekomsten av vattenånga i astronomiska objekt. Fontanive förklarar:"Båda föremålen såg väldigt röda ut och visade tydliga tecken på vattenmolekyler. Detta bekräftade omedelbart att den svaga källan vi såg bredvid Oph 98 A med stor sannolikhet också var en kall brun dvärg, snarare än en slumpmässig stjärna som råkade vara i linje med den bruna dvärgen på himlen."

Teamet hittade också bilder där binären var synlig, samlades för 14 år sedan med Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) på Hawaii. "Vi observerade systemet igen i somras från ett annat hawaiiskt observatorium, Storbritanniens infraröda teleskop. Med hjälp av dessa data, vi kunde bekräfta att Oph 98 A och B rör sig tillsammans över himlen över tiden, i förhållande till andra stjärnor bakom dem, vilket är bevis på att de är bundna till varandra i ett binärt par, " förklarar Fontanive.

Ett atypiskt resultat av stjärnbildning

Det binära Oph 98-systemet bildades för bara 3 miljoner år sedan i den närliggande stjärnkammaren Ophiuchus, vilket gör den till en nyfödd på astronomiska tidsskalor. Systemets ålder är mycket kortare än den typiska tiden som behövs för att bygga planeter. Bruna dvärgar som Oph 98 A bildas av samma mekanismer som stjärnor. Trots att Oph 98 B är rätt storlek för en planet, Värden Oph 98 A är för liten för att ha en tillräckligt stor reservoar av material för att bygga en så stor planet. "Detta säger oss att Oph 98 B, som sin värd, måste ha bildats genom samma mekanismer som producerar stjärnor och visar att processerna som skapar dubbelstjärnor verkar på nedskalade versioner ända ner till dessa planetmassor, " kommenterar Clémence Fontanive.

Med upptäckten av två planetliknande världar – redan ovanliga produkter av stjärnbildning – bundna till varandra i en sådan extrem konfiguration, "vi bevittnar verkligen en otroligt sällsynt produktion av stjärnbildningsprocesser, " som Fontanive beskriver.