Oude bruine dwerg met intacte lithiumafzettingen gevonden
Astronomen van het Instituto de Astrofisica de Canarias (IAC) en het Instituto Nacional de Astrofysica, Optica y Elektronica (INAOE) van Mexico hebben lithium gevonden in de oudste en koudste bruine dwerg tot dusver waar de aanwezigheid van dit waardevolle element is bevestigd. Dit substellaire object, Reid 1B genaamd, bewaart de vroegst bekende intacte lithiumafzetting in onze kosmische omgeving. Deze dateert uit een tijd vóór het ontstaan van het binaire systeem waar de bruine dwerg deel van uitmaakt.
De ontdekking werd gedaan met behulp van de OSIRIS spectrograaf aan de Gran Telescopio Canarias (GTC) die deel uitmaakt van de Roque de los Muchachos sterrenwacht op La Palma. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Bruine dwergen, ook wel mislukte sterren genoemd, zijn de natuurlijke link tussen sterren en planeten. Ze zijn zwaarder dan Jupiter maar ze zijn niet in staat om waterstof te fuseren wat de brandstof is die sterren doet schijnen. Om die reden werden deze objecten pas midden jaren ’90 gevonden door astronomen. Ze zijn in het bijzonder interessant omdat voorspeld was dat sommigen van hen nog een intacte hoeveelheid lithium zouden hebben. Dit wordt soms wel “witte petroleum” genoemd vanwege zijn zeldzaamheid en zijn belang.
De afgelopen 20 jaar hebben astronomen baanbewegingen gedetecteerd en gevolgd van dubbelsystemen bestaande uit bruine dwergen in de buurt van de Zon. Ze hebben hun massa dynamisch bepaald met behulp van de wetten van Kepler, de wiskundige formules die in de 17de eeuw door Johannes Kepler werden opgesteld om de bewegingen te beschrijven van astronomische objecten die bewegen onder effecten van hun onderlinge zwaartekracht, zoals het systeem gevormd door de Aarde en de Zon. In sommige van deze systemen heft de primaire component een massa die voldoende is om lithium te verbranden terwijl de secundaire component deze massa niet heeft. Tot nu toe waren de theoretische modellen echter niet op de proef gesteld.
Mt behulp van de OSIRIS spectrograaf aan de Gran Telescopio Canaria (GTC), momenteel de grootste optische en infrarood telescoop ter wereld, van de Roque de los Muchachos sterrenwacht, heeft een team astronomen van het Institutio de Astrofisica (IAC) en het Instituto Nacional de Astrofysica, Optica y Electronica (INAOE) tussen februari en augustus van dit jaar zeer gevoelige spectroscopische waarnemingen gedaan van twee dubbelsystemen waarvan de componenten bruine dwergen zijn.
In drie van de bruine dwergen vonden ze geen lithium maar ze vonden het wel in Reid 1B, de zwakste en koudste van de vier. Daarbij deden ze een opmerkelijke ontdekking, een afzetting van kosmisch lithium dat niet is vernietigd en waarvan de oorsprong teruggaat tot vóór het ontstaan van het systeem waarvan Reid 1B deel uitmaakt.
Het is in feite het koelste, zwakste extrasolaire object waar lithium is gevonden, in een hoeveelheid die 13.000 keer groter si dan de hoeveelheid lithium op Aarde. Dit object, met een leeftijd van ongeveer 1,1 miljard jaar en een dynamische massa van 41 keer die van Jupiter bevindt zich op een afstand van 16,9 lichtjaar van de Aarde.
Verborgen schatten
Waarnemingen van lithium in bruine dwergen stellen ons in staat om hun massa’s, op basis van kernreacties, met een zekere nauwkeurigheid te schatten. De thermonucleaire massa’s die op deze manier worden gevonden moeten overeenkomen met de dynamische massa’s die men vindt. De onderzoekers hebben echter ontdekt dat het lithium wordt bewaard tot een dynamische massa die 10% lager is dan voorspeld tot door de meest recente theoretische modellen. Deze discrepantie lijkt significant te zijn en suggereert dat er iets in het gedrag van bruine dwergen is dan we nog niet begrijpen.
Het spoor van lithium in bruine dwergen wordt al dertig jaar gevolgd en eindelijk heeft men de grens in massa tussen het behoud en de vernietiging ervan nauwkeurig kunnen bepalen en deze kunnen vergelijken met theoretische voorspellingen.
Er bevinden zich miljoenen bruine dwergen in ons sterrenstelsel. Het lithium in bruine dwergen is de grootste bekende afzetting van dit waardevolle element in onze kosmische omgeving.
Ofschoon het oorspronkelijke lithium 13,8 miljard jaar geelden werd gemaakt, samen met waterstof en helium als resultaat van kernfusiereacties in de oervuurbal van de Oerknal, is er nu maar liefst vier keer meer lithium in het heelal. Lithium kan worden vernietigd maar ook gemaakt worden tijdens explosieve gebeurtenissen zoals nova’s en supernova’s. Op dit manier kunnen bruine dwergen als Reid 1B het inpakken en beschermen alsof het een kist met verborgen schatten is.
Artikel: New constraints on the minimum mass for thermonuclear lithium burning in brown dwarfs.
Eerste publicatie: 27 november 2021
Bron: SpaceDaily
