Eerste detectie van bruine dwerg met radiotelescoop

Astronomen bij ASTRON, onder leiding van RUG-onderzoeker Harish Vedantham, hebben met de LOFAR radiotelescoop een “bruine dwerg” ontdekt – een zwak object massiever dan Jupiter, maar significant minder zwaar dan de Zon. De ontdekking van het object genaamd Elegast, opent een nieuw pad voor het gebruik van radiotelescopen, namelijk om zwakke objecten in de ruimte te ontdekken die nauwverwant zijn aan Jupiter-achtige exoplaneten. Het onderzoek verscheen op 9 november 2020 in Astrophysical Journal Letters.

Radiogolven uitgezonden door bruine dwergen dragen informatie bij zich over de sterkte van het magnetisch veld van deze objecten. Tot nu toe konden radio-observaties alleen sterke magnetische velden – circa honderd keer zo sterk als een gewone koelkastmagneet – meten. LOFARs lage frequentie-observaties maken de radiotelescoop gevoelig genoeg om magneetvelden met een sterkte van een enkele koelkastmagneet te detecteren, wat binnen het bereik ligt dat wordt verondersteld voor te komen op de koudste bruine dwergen en op grote exoplaneten.

“Magnetische velden controleren de atmosferische eigenschappen en stralingsomgeving om exoplaneten; radio-observaties zijn onze beste hoop om deze te meten. Met deze ontdekking hebben we een belangrijke stap genomen in wat radioastronomie voor het onderzoek naar exoplaneten kan betekenen”, aldus dr. Harish Vedantham, ASTRON-wetenschapper, onderzoeker bij het Kapteyn Astronomical Institute van de RUG en de eerste auteur van de paper.

Nieuwe detectiemethode

De onderzoeksgroep maakte gebruik van een nieuwe detectiemethode om Elegast te vinden. Eerder richtten astronomen hun radiotelescopen op reeds gecatalogiseerde bruine dwergen, die elk waren gevonden door hun zwakke gloed in het infrarood spectrum. “Met LOFAR willen we neerdalen op de massa-ladder, helemaal naar beneden naar Jupiter-achtige planeten die te zwak gloeien om in bestaande infrarood-metingen te zijn gevonden. Dus besloten we om direct in onze eigen radio-observatiegegevens naar deze objecten te zoeken”, aldus dr. Joe Callingham, VENI postdoc aan de Sterrewacht Leiden en co-auteur van de paper.

Gepolariseerde radiometingen

Objecten als Elegast (en exoplaneten) steken er tussenuit in “gepolariseerde” radiometingen, omdat het elektrisch veld van de radiogolven die ze uitzenden roteren in een karakteristiek circulair patroon terwijl het zich voortplant – een fenomeen genaamd circulaire polarisatie. “We zouden Elegast niet in onze standaard radiobeelden hebben gevonden tussen de menigte van miljoenen sterrenstelsels, maar Elegast sprong er meteen uit toen we circulair gepolariseerde beelden maakten”, stelt dr. Tim Shimwell, ASTRON-onderzoeker en projectonderzoeker van de LOFAR survey die leidde tot de ontdekking van Elegast. De onderzoekers voerden vervolgens ter controle infraroodmetingen uit met de Gemini-telescoop en met NASA’s Infrared Telescope Facility, om te bevestigen dat Elegast inderdaad een koude bruine dwerg is.

Essentiële data

Elegast is het eerste object van zijn soort dat direct door een radiotelescoop is geïdentificeerd. De onderzoeksgroep werkt nu aan vervolgmetingen aan Elegast, om het magnetisch veld ervan te meten en om die metingen te vergelijken met de bestaande theorieën. Ook pluizen ze LOFAR-data door om soortgelijke objecten als Elegast te identificeren.

“Ons uiteindelijke doel is om te begrijpen hoe magnetisme in exoplaneten werkt en op wat voor manier dit invloed heeft op hun vermogen om leven te ondersteunen. Omdat magnetische fenomenen op koude bruine dwergen zoals Elegast zo sterk lijken op wat we zien op planeten in zonnestelsels, verwachten we dat ons werk essentiële data op gaat leveren om theoretische modellen te testen die de magnetische velden van exoplaneten voorspellen”, aldus Vedantham.