O pierwszym znanym brązowym karle, Gliese 229B, napisano setki artykułów od czasu jego odkrycia przez badaczy z Caltech w Obserwatorium Palomar Instytutu w 1995 roku. Jednak wokół tej kuli utrzymuje się paląca tajemnica: jest ona zbyt słaba w stosunku do swojej masy. Brązowe karły są lżejsze od gwiazd i cięższe od gazowych gigantów, takich jak Jowisz. I chociaż astronomowie zmierzyli masę Gliese 229B na około 70 razy większą od Jowisza, obiekt o tej wadze powinien świecić jaśniej niż to, co zaobserwowały teleskopy.
Teraz międzynarodowy zespół astronomów pod kierownictwem Caltech w końcu rozwiązał tę zagadkę: brązowy karzeł to tak naprawdę para zwartych brązowych karłów, ważących około 38 i 34 razy więcej niż Jowisz, które krążą wokół siebie co 12 dni . Zaobserwowane poziomy jasności pary odpowiadają oczekiwaniom dla dwóch małych, przyćmionych brązowych karłów w tym zakresie mas.
„Gliese 229B uznano za brązowego karła z plakatu” – mówi Jerry W. Xuan, absolwent współpracujący z Dimitrim Mawetem, profesorem astronomii Davida Morrisroe. „A teraz wiemy, że przez cały czas myliliśmy się co do natury obiektu. To nie jeden, ale dwa. Po prostu do tej pory nie byliśmy w stanie zbadać separacji z tak bliskiej odległości”. Xuan jest głównym autorem nowego badania, w którym opublikowano wyniki swoich badań w czasopiśmie Natura. Odrębne niezależne badanie w Listy z dziennika astrofizycznegokierowane przez Sama Whitebooka, absolwenta Caltech i Tima Brandta, astronoma współpracującego w Space Telescope Science Institute w Baltimore, również doszli do wniosku, że Gliese 229B to para brązowych karłów.
Odkrycie prowadzi do nowych pytań o to, jak tworzą się zwarte duety brązowych karłów, takie jak ten, i sugeruje, że podobne układy podwójne brązowego karła – a nawet układy podwójne egzoplanet – mogą czekać na odkrycie. (Egzoplaneta to planeta krążąca wokół gwiazdy innej niż nasze Słońce.)
„To odkrycie, że Gliese 229B jest układem podwójnym, nie tylko rozwiązuje zaobserwowane ostatnio napięcie między jej masą a jasnością, ale także znacznie pogłębia naszą wiedzę na temat brązowych karłów, które leżą na granicy między gwiazdami a planetami-olbrzymami” – mówi Mawet, który jest także starszym pracownikiem naukowym naukowiec w JPL, zarządzanym przez Caltech dla NASA.
Gliese 229B została odkryta w 1995 roku przez zespół Caltech, w skład którego wchodziła Rebecca Oppenheimer, wówczas absolwentka Caltech; Shri Kulkarni, profesor astronomii i planetologii George’a Ellery’ego Hale’a; Keith Matthews, specjalista od instrumentów w Caltech; i inni koledzy. Astronomowie wykorzystali Obserwatorium Palomar do odkrycia, że Gliese 229B zawiera w swojej atmosferze metan – zjawisko typowe dla gazowych olbrzymów, takich jak Jowisz, ale nie dla gwiazd. Odkrycie to było pierwszym potwierdzonym wykryciem klasy chłodnych obiektów gwiazdopodobnych zwanych brązowymi karłami – brakującego ogniwa między planetami i gwiazdami – o którym twierdzono już około 30 lat wcześniej.
„Widzenie pierwszego obiektu mniejszego od gwiazdy krążącej wokół innego słońca było ekscytujące” – mówi Oppenheimer, współautor nowego badania i astrofizyk w Amerykańskim Muzeum Historii Naturalnej. „Wtedy zapoczątkowano chałupniczy przemysł ludzi szukających takich dziwaków, ale przez dziesięciolecia pozostawał on zagadką”.
Rzeczywiście, prawie 30 lat po odkryciu i setkach obserwacji później, Gliese 229B nadal zadziwiała astronomów swoją nieoczekiwaną ciemnością. Naukowcy podejrzewali, że Gliese 229B mogą być bliźniakami, ale „aby przez 30 lat oba brązowe karły umknęły uwadze astronomów, musiałyby znajdować się bardzo blisko siebie” – mówi Xuan.
Aby rozdzielić Gliese 229B na dwa obiekty, zespół wykorzystał dwa różne instrumenty, oba umieszczone na Bardzo Dużym Teleskopie Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile. Wykorzystali instrument GRAVITY, interferometr, który łączy światło z czterech różnych teleskopów, aby przestrzennie podzielić ciało na dwa, oraz wykorzystali instrument CRIRES+ (CRyogenic high-responsive InfraRed Echelle Spectrograph) do wykrycia odrębnych sygnatur widmowych obu obiektów. Ta ostatnia metoda polegała na pomiarze ruchu (lub przesunięcia dopplerowskiego) cząsteczek w atmosferze brązowych karłów, co wskazywało, że jedno ciało kierowało się w naszą stronę na Ziemi, a drugie dalej – i odwrotnie, gdy para krążyła wokół siebie.
„Miło jest widzieć, że prawie 30 lat później nastąpił nowy rozwój” – mówi Kulkarni, który nie jest autorem niniejszego artykułu. „Teraz ten system podwójny ponownie ogłusza”.
Obserwacje prowadzone przez pięć miesięcy wykazały, że duet brązowych karłów, obecnie nazywany Gliese 229Ba i Gliese 229Bb, okrąża się nawzajem co 12 dni w odległości zaledwie 16 razy większej niż odległość między Ziemią a Księżycem. Razem okrążają karła typu M (mniejszą, bardziej czerwoną gwiazdę od naszego Słońca) co 250 lat.
„Te dwa światy krążące wokół siebie mają w rzeczywistości mniejszy promień niż Jowisz. Wyglądałyby dość dziwnie na naszym nocnym niebie, gdybyśmy mieli coś takiego w naszym Układzie Słonecznym” – mówi Oppenheimer. „To najbardziej ekscytujące i fascynujące odkrycie w astrofizyce podgwiazdowej od dziesięcioleci”.
To, jak powstała ta wirująca para kosmicznych kul, wciąż pozostaje tajemnicą. Niektóre teorie mówią, że pary brązowych karłów mogą tworzyć się w wirujących dyskach materii otaczających powstającą gwiazdę. Dysk rozpadłby się na dwa nasiona brązowych karłów, które następnie zostałyby związane grawitacyjnie po bliskim spotkaniu. Czas pokaże, czy te same mechanizmy formowania działają podczas formowania się par planet wokół innych gwiazd.
W przyszłości zespół chciałby szukać jeszcze bliżej orbitujących układów podwójnych brązowych karłów za pomocą instrumentów takich jak Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), opracowany przez zespół kierowany przez Maweta z Obserwatorium WM Keck na Hawajach , a także nadchodzący SPektrograf w podczerwieni o wysokiej rozdzielczości do charakteryzacji egzoplanet (HISPEC), który będzie budowany w Caltech i innych laboratoriach przez zespół kierowany przez Maweta.
„Fakt, że pierwszy znany towarzysz brązowego karła jest układem podwójnym, dobrze wróży ciągłym wysiłkom zmierzającym do znalezienia kolejnych” – mówi Xuan.
Prace opisane w artykule, zatytułowane „Chłodny brązowy karzeł Gliese 229B to bliski układ podwójny”, zostały sfinansowane przez NASA i Fundację Heising-Simons. Inni autorzy Caltech to Yapeng Zhang, 51 Pegasi b Postdoctoral Scholar Research Associate w dziedzinie astronomii; Aniket Sanghi, absolwentka; Konstantin Batygin, profesor nauk planetarnych; oraz Heather Knutson, profesor nauk planetarnych.
