Questa immagine fa parte di un sondaggio del telescopio spaziale Hubble per stelle di piccola massa, nane brune, e pianeti nella Nebulosa di Orione. Ogni simbolo identifica una coppia di oggetti, che può essere visto al centro del simbolo come un singolo punto di luce. Sono state utilizzate speciali tecniche di elaborazione delle immagini per separare la luce delle stelle in una coppia di oggetti. Il cerchio interno più spesso rappresenta il corpo primario, e il cerchio esterno più sottile indica il compagno. I cerchi sono codificati a colori:rosso per un pianeta; arancione per una nana bruna; e giallo per una stella. Nell'angolo in alto a sinistra c'è una coppia pianeta-pianeta in assenza di una stella madre. Al centro del lato destro c'è una coppia di nane brune. La porzione della Nebulosa di Orione misura circa 4 per 3 anni luce. Credito:NASA, ESA, e G. Strampelli (STScI)
Usando il telescopio spaziale Hubble della NASA per scrutare in profondità nel vasto vivaio stellare chiamato Nebulosa di Orione, gli astronomi hanno cercato piccoli, corpi deboli. Quello che hanno scoperto è stata la più grande popolazione mai vista di nane brune, oggetti che sono più massicci dei pianeti ma non brillano come stelle. I ricercatori hanno identificato 17 nane brune compagne di stelle nane rosse, una coppia di nane brune, e una nana bruna con un compagno planetario. Hanno anche trovato tre pianeti giganti, compreso un sistema binario in cui due pianeti orbitano l'un l'altro in assenza di una stella madre. Questa indagine può essere eseguita solo con l'eccezionale risoluzione e la sensibilità agli infrarossi di Hubble.
In un'indagine approfondita senza precedenti per i piccoli, oggetti deboli nella Nebulosa di Orione, Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale Hubble della NASA hanno scoperto la più grande popolazione conosciuta di nane brune sparse tra le stelle appena nate. Guardando in prossimità delle stelle del rilievo, i ricercatori non solo hanno trovato diversi compagni di nane brune di massa molto bassa, ma anche tre pianeti giganti. Hanno persino trovato un esempio di pianeti binari in cui due pianeti orbitano l'uno attorno all'altro in assenza di una stella madre.
Le nane brune sono una strana classe di oggetti celesti che hanno masse così basse che i loro nuclei non diventano mai abbastanza caldi da sostenere la fusione nucleare, che alimenta le stelle. Anziché, le nane brune si raffreddano e svaniscono con l'età. Nonostante la loro massa ridotta, le nane brune forniscono importanti indizi per capire come si formano stelle e pianeti, e potrebbe essere tra gli oggetti più comuni nella nostra galassia della Via Lattea.
Situato 1, 350 anni luce di distanza, la Nebulosa di Orione è un laboratorio relativamente vicino per studiare il processo di formazione stellare in un'ampia gamma, da opulente stelle giganti a minuscole stelle nane rosse e sfuggenti, nane brune deboli.
Questa indagine può essere eseguita solo con l'eccezionale risoluzione e la sensibilità agli infrarossi di Hubble.
Perché le nane brune sono più fredde delle stelle, gli astronomi hanno usato Hubble per identificarli dalla presenza di acqua nelle loro atmosfere. "Questi sono così freddi che si forma vapore acqueo, " ha spiegato il team leader Massimo Robberto dello Space Telescope Institute di Baltimora, Maryland. "L'acqua è una firma di oggetti substellari. È un segno sorprendente e molto chiaro. Man mano che le masse si riducono, le stelle si fanno più rosse e più deboli, e devi visualizzarli nell'infrarosso. E alla luce infrarossa, la caratteristica più importante è l'acqua."
Ma il vapore acqueo caldo nell'atmosfera delle nane brune non può essere facilmente visto dalla superficie terrestre, a causa degli effetti assorbenti del vapore acqueo nella nostra atmosfera. Fortunatamente, Hubble è al di sopra dell'atmosfera e ha una visione nel vicino infrarosso che può facilmente individuare l'acqua su mondi lontani.
Questa immagine mostra la porzione centrale della Nebulosa di Orione, dove il telescopio spaziale Hubble è stato utilizzato per condurre un'indagine per stelle di piccola massa, nane brune, e pianeti. Ogni simbolo identifica una coppia di oggetti, che può essere visto come un singolo punto di luce al centro del simbolo. Il cerchio interno più spesso rappresenta il corpo primario, e il cerchio esterno più sottile indica il compagno. I cerchi sono codificati a colori:rosso per un pianeta; arancione per una nana bruna; e giallo per una stella. Adiacente a ciascun simbolo c'è una coppia di immagini Hubble. L'immagine a sinistra è l'immagine originale del primario e del compagno. L'immagine a sinistra mostra solo il compagno, con l'oggetto primario sottratto digitalmente attraverso una speciale tecnica di elaborazione delle immagini che separa le immagini degli oggetti in coppie binarie. La porzione della Nebulosa di Orione misura circa 4 per 3 anni luce. Credito:NASA, ESA, e G. Strampelli (STScI)
Il team di Hubble ha identificato 1, 200 stelle rossastre candidate. Hanno scoperto che le stelle si dividono in due popolazioni distinte:quelle con acqua, e quelli senza. Quelle luminose con l'acqua sono state confermate come deboli nane rosse. La moltitudine di più debole acqua ricca, nane brune fluttuanti e pianeti all'interno della nebulosa di Orione sono tutte nuove scoperte. Sono state rilevate anche molte stelle senz'acqua, e queste sono le stelle di sfondo nella Via Lattea. La loro luce è stata arrossata passando attraverso la polvere interstellare, e quindi non rilevante per lo studio del gruppo.
La squadra ha anche cercato più debole, compagni binari di questi 1, 200 stelle rossastre. Perché sono così vicini alle loro stelle primarie, questi compagni sono quasi impossibili da scoprire usando metodi di osservazione standard. Ma utilizzando un unico, tecnica di imaging ad alto contrasto sviluppata da Laurent Pueyo presso lo Space Telescope Science Institute, gli astronomi sono stati in grado di risolvere immagini deboli di un gran numero di compagni candidati.
Questa prima analisi non ha permesso agli astronomi di Hubble di determinare se questi oggetti orbitano attorno alla stella più luminosa o se la loro vicinanza nell'immagine di Hubble è il risultato di un allineamento casuale. Come conseguenza, sono classificati come candidati per ora. Però, la presenza di acqua nelle loro atmosfere indica che la maggior parte di esse non possono essere stelle disallineate sullo sfondo galattico, e quindi devono essere nane brune o compagni di esopianeti.
In tutto, il team ha trovato 17 nane brune candidate alle stelle nane rosse, una coppia di nane brune, e una nana bruna con un compagno planetario. Lo studio ha anche identificato tre potenziali compagni di massa planetaria:uno associato a una nana rossa, uno a una nana bruna, e uno su un altro pianeta.
"Abbiamo sperimentato un metodo, post-elaborazione delle immagini ad alto contrasto, su cui gli astronomi fanno affidamento da anni. Di solito lo usiamo per cercare pianeti molto deboli nelle immediate vicinanze di stelle vicine, osservandoli scrupolosamente uno per uno, " disse Pueyo. "Questa volta, abbiamo deciso di combinare i nostri algoritmi con l'ultra-stabilità di Hubble per ispezionare la vicinanza di centinaia di stelle molto giovani in ogni singola esposizione ottenuta dall'indagine Orion. Si scopre che anche se non raggiungiamo la sensibilità più profonda per una singola stella, il volume del nostro campione ci ha permesso di ottenere un'istantanea statistica senza precedenti di giovani esopianeti e nane brune compagne in Orione".
Combinando le due tecniche uniche, imaging nei filtri dell'acqua e elaborazione delle immagini ad alto contrasto, l'indagine ha fornito un campione imparziale di sorgenti a bassa massa di nuova formazione, entrambi dispersi nel campo e compagni di altri oggetti di piccola massa. "Potremmo rielaborare l'intero archivio Hubble e cercare di trovare gioielli lì, " Disse Robberto.
La squadra presenterà i suoi risultati giovedì, 11 gennaio al 231° meeting dell'American Astronomical Society a Washington, D.C.
Trovare le firme delle stelle di piccola massa e delle loro compagne diventerà molto più efficiente con il lancio del telescopio spaziale James Webb della NASA, sensibile agli infrarossi, nel 2019.
