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Featherweight Celestial Pair Has Uncertain Future Together

April 4, 2007

Science Contact:

  • Étienne Artigau
    Gemini Observatory, La Serena, CL
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    www.gemini.edu

Media Contact:

  • Peter Michaud
    Gemini Observatory, Hilo HI, USA
    (808) 974-2510 (desk)
    (808) 937-0845 (cell)

    www.gemini.edu

Astronomers have serendipitously discovered a record-breaking pair of low-mass objects with an extreme orbital separation. The petite objects, each of which has a mass less than 100 times that of Jupiter and could be either stars or brown dwarfs, are separated by more than 5,000 times the distance between the Sun and Earth – a value that breaks the previous record by a factor of three and leaves the duration of their future together uncertain.

The celestial duo is tethered by a weak gravitational link that results in an orbital dance so slow that it takes at least 500,000 years to complete a single revolution. Scaled down, this system would be like two baseballs orbiting each other about 300 kilometers (200 miles) apart.

The characterization of the system was made using near-infrared spectroscopic data taken with the Gemini South telescope, in conjunction with earlier discovery and confirmation observations made at the Cerro Tololo Inter-American Observatory 1.5-meter telescope operated by the Small and Moderate Aperture Research Telescope System (SMARTS) and archival data from the 2-Micron All-Sky Survey (2MASS) and ESO's Digitized Sky Survey (DSS). The result was published in the April 10, 2007, issue of the Astrophysical Journal Letters by lead author Étienne Artigau, a Science Fellow at Gemini Observatory, and a team that includes astronomers from the Université de Montréal, and the Canada-France-Hawaii Telescope.

The discovery came as a surprise because the only other known binaries that have similar or greater separations are significantly more massive systems. Since mass determines how strongly objects pull on each other, the more massive stars in the known systems have strong gravitational attractions. On the other hand, the stars in the newly discovered system have extremely low masses (thus low gravitational attraction). How these systems form and remain stable is a real mystery.

Equally intriguing is how the discovery came about. "The technique we used to make this discovery was born over a nice dinner and a couple of drinks," said Artigau, who first thought of it when he was a graduate student at the Université de Montréal. "The next morning, the technique didn't seem so crazy after all, and, in fact, it led to this discovery."

Artigau and his colleagues identified the two stars, which they nicknamed the “Hang-loose Binary,” in the southern constellation of Phoenix, in 2006. The actual catalog names are 2MASS J012655.49-502238.8 and 2MASS J012702.83-502321.1. The discovery was made by comparing their positions in the 2MASS point source catalog with those in the DSS. Since the 2MASS and DSS data were obtained 16 years apart, the stars' positions had moved significantly between the observations. The pair was then scrutinized by the Cerro Tololo 1.5-meter telescope to confirm that the two stars were indeed moving through space together.

To discern the nature of the new binary system, the researchers obtained the infrared "spectral fingerprint" of each member using the Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) on Gemini South. The data revealed that both stars are likely red dwarfs (M dwarfs) with temperatures of ~2200º Celsius (~4000º Fahrenheit) and probable ages of about a billion years.

Interestingly, the pair is seen juxtaposed against a group of stars called the Tucana/Horologium (TH) association, which presents the tantalizing possibility that the binary is part of this group. If true, then the stars would be significantly younger than the one-billion-year estimate and could be categorized as even less massive brown dwarfs.

The members of the TH association are a well-understood, loose grouping of 30-million-year-old stars that lie some 120 to 215 light-years away. The newly discovered binary pair has an estimated distance of 200 light-years, which seems to support the idea that the pair is part of the group. Furthermore, the newly found binary system appears to be keeping pace with the TH association as it moves through our galaxy.

"If the new binary system truly belongs to the TH association, and is not a chance alignment," said team member David Lafrenière, of the Université de Montréal, "then the objects are not 1-billion-year-old red dwarf stars, but are much younger brown dwarfs of the same age as the association. Unlike red dwarfs, these brown dwarfs wouldn't have enough mass to ignite hydrogen into helium at their cores, so they are destined to have their weak embrace disturbed more easily (and quickly) while they slowly cool, and fade from sight."

However, if they are not members of the TH association, these stars would likely be more-massive red dwarfs and could stay embraced for perhaps a billion years or more. To resolve their nature, observations are being proposed to use Gemini to look for lithium in the stars' atmospheres which will help better constrain their ages and masses. Until this is determined, the future of this celestial pair remains uncertain.

Frames from 2MASS (1983), DSS (1999) and Cerro Tololo Inter-American Observatory 1.5 meter (2006) showing common motion of the very low-mass binary pair that led to this discovery.

Par Ceslestial de Peso Pluma Presenta un futuro unidos incierto

Contacto Cientifico:

Étienne Artigau
Observatorio Gemini, La Serena, Chile
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Contacto para Prensa:

  • Peter Michaud
    Observatorio Gemini
    Hilo, HI
    Oficina: (808) 974-2510
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  • Ma. Antonieta Garcia
    Observatorio Gemini, La Serena, Chile
    Oficina: 56-51- 205-628
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Los astrónomos han sorpresivamente descubierto un par de estrellas de baja masa que poseen una separación orbital extrema que rompen con lo conocido. Los pequeños objetos, cada uno de los cuales con una masa de menos de 100 veces la de Júpiter, están separados por más de 5.000 veces la distancia entre el Sol y la Tierra- un valor que rompe los records previos por un factor de tres y deja incierta la duración de su futuro juntos.

El duo celestial duo está atado por un lazo gravitacional débil que origina un baile orbital tan lento que a menudo se demora cerca de 500.000 años para completar un sola revolución. En una escala menor, este sistema sería como dos pelotas de baseball orbitándose entre ellas a unos 300 kilómetros de distancia.

El descubrimiento y confirmación se hicieron utilizando datos espectroscópicos del cercano infrarrojo obtenidos con el telescopio de Gemini Sur , en conjunto con otras observaciones previas hechas en el telescopio de 1.5 metros del Observatorio InterAmericano de Cerro Tololo y datos de archivos de la Encuesta de 2-Micrones de Todo el Cielo ( All-Sky Survey o 2MASS) y de la Encuesta del Cielo Digital (Digital Sky Survey o DSS). El resultado fue publicado el 10 de abril de 2007 en la edición del Astrophysical Journal Letters por el autor líder Étienne Artigau, un Science Fellow en el Observatorio Gemini, y un equipo que incluye a astrónomos de la Universidad de Montreal, y del Telescopio Canada-Francia-Hawaii.

El descubrimiento fue una sorpresa porque los únicos otros binarios conocidos que tienen separaciones similares o mayores son sistemas significativamente más masivos. Ya que la masa determina cuan fuerte los objetos se jalan unos con otros, las más estrellas masivas en el sistema conocido tienen atracciones gravitacionales fuertes. Por otra parte, las estrellas en el sistema recién descubierto tienen extremadamente bajas masas (y por tanto atracción gravitacional baja). Cómo se produce esto es de verdad un misterio.

Igualmente intrigante es cómo surgió el descubrimiento. "La técnica que nosotros utilizamos para realizar este decubrimiento nació después de una cena y un par de tragos," señaló Artigau, quien primero pensó en ello cuando el era un alumno en la Universidad de Montréal. "A la mañana siguiente, la técnica no parecía tan loca después de todo, y de hecho, nos llevó a descubrir esto."

Artigau y sus colegas identificaron las dos estrellas, a las cuales denominaron los binaries “Hang-loose”en la constelación del sur de Phoenix, en 2006. Los nombres reales son 2MASS J012655.49-502238.8 y 2MASS J012702.83-502321.1. Este descubrimiento fue hecho al comparar sus posiciones en el catálogo 2MASS point source con los del DSS. Tomando en cuenta que los datos del 2MASS y el DSS fueron obtenidos con 16 años de diferencia, la posición de las estrellas se había movido significativamente entre las observaciones. El par fue luego escrutinizado por el telescopio de 1,5 metros d Cerro Tololo para confirmar que las dos estrellas de hecho se habían movido juntas a través del espacio.

Para discernir la naturaleza del nuevo sistema binario , los investigadores obtuvieron el infrarrojo “espectro de huella digital” de cada miembro utilizando el Espectrógrafo del Infrarrojo Cercano de Gemini (GNIRS) en Gemini Sur. Los datos revelaron que ambas estrellas son similares a enanas rojas con temperatures de ~2200º Celsius (~4000º Fahrenheit) y una edad probable cercana a un billon de años.

Resulta interesante, que el par se vea es yustaposición en contra de un grupo de estrellas llamadas la asociación Tucana/Horologium (TH), la cual presenta la posibilidad asombrosa de que el binario sea parte de este grupo. Si fuera verdad, entonces las estrellas serían significativamente más jóvenes que el estimado de un billon de años y podrían ser categorizadas como incluso enemas café menos masivas.

Los miembros de la asociación TH son un grupo bien entendido y suelto de estrellas de 30 millones de años que yacen a cerca de 120 a 215 años luz de distancia . El par binario recién descubierto tiene una distancia estimada de 200 años luz, lo cual parecía apoyar la idea que este par es parte de un grupo. Incluso más, el sistema binario recién descubierto pareciera mantener el paso con la asociación TH mientras se mueven por nuestra galaxia.

"Si el nuevo sistema binario sde verdad pertenece a la asociación TH y no es un alineamiento casual “ dijo el miembro del equipo David Lafrenière, de la Universidad de Montréal, "entonces las estrellas no son enanas rojas de 1 billon de años , sino enanans café mucho más jóvenes de la misma edad de la asociación. A diferencia de las enanas rojas, estas enanas café no tendrían suficiente masa para encender hidrógeno y convertirlo en helio en sus nucleos, por lo que están destinados a perder su abrazo débil más rápidamente, enfriarse lentamente y desaparecer”

Por el contrario, si ellos no son miembros de la asociación TH, estas estrellas serían sin duda enanas rojas más masivas y podráin permanecer abrazadas por un billon de años más. Para resolver su naturaleza, se han propuesto observaciones para utilizar Gemini y buscar litio in las atmósferas de las estrellas lo cual ayudará a reducir sus their edades y masas. Hasta que esto sea determinado, el futuro de este par celestial se mantiene incierto.

Cuadros del 2MASS (1983), DSS (1999) y del 1.5 metros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (2006) mostrando un movimiento comun del par binario de baja masa que llev