Den här bilden är en del av en Hubble Space Telescope-undersökning för stjärnor med låg massa, bruna dvärgar, och planeter i Orionnebulosan. Varje symbol identifierar ett par objekt, som kan ses i symbolens mitt som en enda ljuspunkt. Särskilda bildbehandlingstekniker användes för att separera stjärnljuset i ett par objekt. Den tjockare inre cirkeln representerar den primära kroppen, och den tunnare yttre cirkeln indikerar följeslagaren. Cirklarna är färgkodade:Röd för en planet; orange för en brun dvärg; och gult för en stjärna. I det övre vänstra hörnet finns ett planet-planet-par i frånvaro av en moderstjärna. Mitt på höger sida finns ett par bruna dvärgar. Delen av Orionnebulosan mäter ungefär 4 gånger 3 ljusår. Kredit:NASA, ESA, och G. Strampelli (STScI)
Genom att använda NASA:s rymdteleskop Hubble för att titta djupt in i den enorma stjärnkammaren som kallas Orionnebulosan, astronomer sökte efter små, svaga kroppar. Det de hittade var den största populationen hittills av bruna dvärgar – föremål som är mer massiva än planeter men som inte lyser som stjärnor. Forskare identifierade 17 bruna dvärgkompisar till röda dvärgstjärnor, ett brunt dvärgpar, och en brun dvärg med en planetarisk följeslagare. De hittade också tre gigantiska planeter, inklusive ett binärt system där två planeter kretsar runt varandra i avsaknad av en moderstjärna. Denna undersökning kunde endast göras med Hubbles exceptionella upplösning och infraröda känslighet.
I en aldrig tidigare skådad djup undersökning för små, svaga föremål i Orionnebulosan, astronomer som använder NASA:s rymdteleskop Hubble har avslöjat den största kända populationen av bruna dvärgar spridda bland nyfödda stjärnor. Titta i närheten av undersökningsstjärnorna, forskare hittade inte bara flera bruna dvärgkompisar med mycket låg massa, men också tre jätteplaneter. De hittade till och med ett exempel på binära planeter där två planeter kretsar runt varandra i frånvaro av en moderstjärna.
Bruna dvärgar är en märklig klass av himlaobjekt som har så låga massor att deras kärnor aldrig blir tillräckligt varma för att upprätthålla kärnfusion, som driver stjärnor. Istället, bruna dvärgar svalnar och bleknar när de åldras. Trots sin låga massa, bruna dvärgar ger viktiga ledtrådar för att förstå hur stjärnor och planeter bildas, och kan vara bland de vanligaste föremålen i vår Vintergatans galax.
Ligger 1, 350 ljusår bort, Orionnebulosan är ett relativt närliggande laboratorium för att studera stjärnbildningsprocessen över ett brett spektrum, från överdådiga jättestjärnor till diminutiva röda dvärgstjärnor och svårfångade, svaga bruna dvärgar.
Denna undersökning kunde endast göras med Hubbles exceptionella upplösning och infraröda känslighet.
Eftersom bruna dvärgar är kallare än stjärnor, astronomer använde Hubble för att identifiera dem genom närvaron av vatten i deras atmosfärer. "De här är så kalla att vattenånga bildas, " förklarade teamledaren Massimo Robberto från Space Telescope Institute i Baltimore, Maryland. "Vatten är en signatur för substellära objekt. Det är ett fantastiskt och mycket tydligt märke. När massorna blir mindre, stjärnorna blir rödare och svagare, och du måste se dem i infraröd. Och i infrarött ljus, den mest framträdande egenskapen är vatten."
Men varmvattenånga i bruna dvärgars atmosfär kan inte lätt ses från jordens yta, på grund av de absorberande effekterna av vattenånga i vår egen atmosfär. Lyckligtvis, Hubble är uppe ovanför atmosfären och har nära-infraröd vision som lätt kan upptäcka vatten i avlägsna världar.
Den här bilden visar den centrala delen av Orionnebulosan, där rymdteleskopet Hubble användes för att genomföra en undersökning av stjärnor med låg massa, bruna dvärgar, och planeter. Varje symbol identifierar ett par objekt, som kan ses som en enda ljuspunkt i symbolens mitt. Den tjockare inre cirkeln representerar den primära kroppen, och den tunnare yttre cirkeln indikerar följeslagaren. Cirklarna är färgkodade:Röd för en planet; orange för en brun dvärg; och gult för en stjärna. Intill varje symbol finns ett par Hubble-bilder. Bilden till vänster är originalbilden av primär och följeslagare. Bilden till vänster visar endast följeslagaren, med det primära objektet digitalt subtraherat genom en speciell bildbehandlingsteknik som separerar bilderna av objekten i binära par. Delen av Orionnebulosan mäter ungefär 4 gånger 3 ljusår. Kredit:NASA, ESA, och G. Strampelli (STScI)
Hubble-teamet identifierade 1, 200 kandidatrödaktiga stjärnor. De fann att stjärnorna delade sig i två distinkta populationer:de med vatten, och de utan. De ljusa med vatten bekräftades vara svaga röda dvärgar. Mängden svagare vattenrika, fritt flytande bruna dvärgar och planeter i Orionnebulosan är alla nya upptäckter. Många stjärnor utan vatten upptäcktes också, och dessa är bakgrundsstjärnor i Vintergatan. Deras ljus rödfärgades av att passera genom interstellärt damm, och därför inte relevant för teamets studie.
Teamet letade också efter svagare, binära följeslagare till dessa 1, 200 rödaktiga stjärnor. Eftersom de är så nära sina primära stjärnor, dessa följeslagare är nästan omöjliga att upptäcka med vanliga observationsmetoder. Men genom att använda en unik, högkontrastavbildningsteknik utvecklad av Laurent Pueyo vid Space Telescope Science Institute, astronomer kunde lösa svaga bilder av ett stort antal kandidatkamrater.
Denna första analys tillät inte Hubble-astronomer att avgöra om dessa objekt kretsar kring den ljusare stjärnan eller om deras närhet i Hubble-bilden är ett resultat av en slumpmässig inriktning. Som en konsekvens, de klassas som kandidater för närvarande. Dock, närvaron av vatten i deras atmosfärer indikerar att de flesta av dem inte kan vara felinriktade stjärnor i den galaktiska bakgrunden, och måste alltså vara bruna dvärgar eller exoplanetkompanjoner.
I alla, teamet hittade 17 kandidater för bruna dvärgkompisar till röda dvärgstjärnor, ett brunt dvärgpar, och en brun dvärg med en planetarisk följeslagare. Studien identifierade också tre potentiella planetariska massföljeslagare:en associerad med en röd dvärg, en till en brun dvärg, och en till en annan planet.
"Vi experimenterade med en metod, bildbehandling med hög kontrast, som astronomer har förlitat sig på i flera år. Vi brukar använda den för att leta efter mycket svaga planeter i närheten av närliggande stjärnor, genom att noggrant observera dem en efter en, sade Pueyo. Den här gången, vi bestämde oss för att kombinera våra algoritmer med Hubbles ultrastabilitet för att inspektera närheten av hundratals mycket unga stjärnor i varje enskild exponering som erhölls av Orion-undersökningen. Det visar sig att även om vi inte når den djupaste känsligheten för en enda stjärna, den stora volymen av vårt prov tillät oss att få en aldrig tidigare skådad statistisk ögonblicksbild av unga exoplaneter och bruna dvärgkamrater i Orion."
Genom att kombinera de två unika teknikerna, bildbehandling i vattenfiltren och bildbehandling med hög kontrast, undersökningen gav ett opartiskt urval av nybildade lågmassakällor, både utspridda i fält och följeslagare till andra lågmassa föremål. "Vi skulle kunna bearbeta hela Hubble-arkivet och försöka hitta juveler där, sa Roberto.
Teamet kommer att presentera sina resultat på torsdag, 11 januari, vid det 231:a mötet med American Astronomical Society i Washington, D.C.
Att hitta signaturerna för stjärnor med låg massa och deras följeslagare kommer att bli mycket effektivare med lanseringen av NASA:s infrarödkänsliga rymdteleskop James Webb 2019.
