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Discovery Narrows the Gap Between Planets and Brown Dwarfs

May 30, 2007

Press Release
Gemini and Joint Astronomy Centre

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  • Peter Michaud
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    Joint Astronomy Centre
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    660 N. A'ohoku Place
    Hilo, HI 96720 USA
    Tel 808-969-6511
    FAX 808-961-6516
    a.adamson@jach.hawaii.edu

The coolest-known star-like object beyond the solar system is giving astronomers a new look at the differences between massive planets and the smallest brown dwarfs. This newly discovered object, called ULAS J0034-00 and located in the constellation Cetus, has a record-setting surface temperature of 600-700 K, cooler than any known solitary brown dwarf. In addition, it’s a relative lightweight, with an estimated mass of only 15-30 times that of Jupiter (although they both have about the same diameter).

The finding was announced today at the 210th American Astronomical Society meeting in Honolulu, Hawai’i, by an international team of astronomers that used the United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT) and made followup observations with Gemini Observatory’s Near Infrared Spectrograph (GNIRS) on Gemini South. Their discovery suggests that even lower-mass objects could be found. If so, they would continue to shrink the boundary between high-mass planets and the smallest brown dwarfs.

J0034 was discovered in the very early stages of the UKIRT Infrared Deep Sky Survey (UKIDSS)—the world’s deepest-ever near-infrared sky survey—using an instrument called the Wide Field Camera (WFCAM). The brown dwarf is particularly remarkable since it has a lower temperature than any such object previously discovered. According to team leader Steve Warren of Imperial College London, “Only planets are cooler, and they are by definition bound to a parent star.’’

The discovery was initiated by post-doctoral researcher Daniel Mortlock, who first noticed the unusual object in the UKIRT survey images. ”Identifying an object like J0034-00 is a more challenging version of finding a needle in a haystack,” said Mortlock. “In this case it was like looking for a piece of slightly reddish straw rather than a nice shiny needle.”

Follow-up spectroscopic observations, critical for determining the brown dwarf’s temperature and likely mass were obtained with the Gemini South Telescope in Chile. “The infrared spectrum of J0034 confirmed that we had found a very cool brown dwarf,” said Dr. Sandy Leggett of Gemini Observatory. “However, it wasn’t until we made a detailed study of the water steam and methane features, and compared them to other brown dwarf spectra, that we realized we had the coolest dwarf ever seen.”

The final piece of the puzzle--precisely determining J0034’s distance accurately by using its apparent motion due to parallax as the Earth moves in its orbit–will have to wait for a year or so. However, astronomers expect to find that it is about 50 light-years away. This is closer to Earth than many of the stars that can be seen with the naked eye, and leaves open the exciting prospect of finding additional, even cooler objects lurking in our solar neighborhood.

According to Mortlock, finding the correct distance is important. "The model brown dwarf spectra, from which we make some of our inferences about the temperature and other properties of J0034, is probably 'incomplete', in the sense that not all the effects of the molecules in the brown dwarf's atmosphere are included fully," he said. "Thus, getting a completely independent distance measure (and hence an independent luminosity) is an important final check to make sure that J0034 has the size and temperature we think it does."

J0034 was discovered in the UKIDSS survey’s First Data Release (DR1), which covers only five per cent of the final survey area. Combined with the discovery of a number of hotter brown dwarfs in the same data, this implies that UKIDSS will likely discover even more exotic objects as it continues its census of the coolest stars in the solar neighborhood.

“Fully bridging the gap between stars and planets is one of the key aims of the UKIDSS survey, and it’s wonderful to see these aims starting to be fulfilled at such an early stage of the survey program,” said Dr. Andy Adamson, Associate Director of UKIRT.

UKIDSS is expected to be completed by 2012, by which time it will have covered almost a quarter of the sky and hopefully further explored the cool, low-mass objects that are defined somewhere between stars and planets.

UKIDSS image of the coolest known brown dwarf (arrow) showing more distant stars around it. The image was made by combining three infrared images.


Gemini South GNIRS spectrum of J0034 used to determine the brown dwarf’s temperature. The spectrum shows the broad absorption features (large troughs), and indicate the regions covered by the UKIDSS Y, J, H and K bands.

Descubrimiento acorta la brecha entre los Planetas y las Enanas Marrón

Press Release
Gemini y Joint Astronomy Centre

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  • Peter Michaud
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  • Dr. Andy Adamson
    Joint Astronomy Centre
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    660 N. A'ohoku Place
    Hilo, HI 96720 USA
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  • Dr. Sandy Leggett
    Associate Astronomer
    Observatorio Gemini
    Hilo, HI 96720
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    Email: sleggett@gemini.edu

El objeto tipo estrella más frío conocido más allá del sistema solar les está dando a los astrónomos una nueva mirada a las diferencias entre los planetas masivos y las enanas marrón más pequeñas. Este objeto descubierto recientemente, llamado ULAS J0034-00 y localizado en la constelación de Cetus, tiene una temperatura superficial sin precedentes de 600-700 K, más fría que cualquier enana marrón solitaria hasta ahora conocida. Además es de relativo bajo peso, con una masa estimada de apenas 15 a 20 veces la de Júpiter (aunque ambos tienen casi el mismo diámetro).

El descubrimiento fue anunciado en la reunión 210 de la Sociedad Norteamericana de Astronomía realizada en Honolulu, Hawai’i, por un equipo internacional de astrónomos que utilizaron el Telescopio Infrarrojo del Reino Unido (UKIRT) e hicieron observaciones posteriores con el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano del Observatorio Gemini (GNIRS) en Gemini Sur. Su descubrimiento sugiere que incluso objetos de menor masa pudieron ser encontrados. Si así fuera, ellos continuarían acortando los límites entre los planetas de grandes masas y las enanas marrón más pequeñas.

J0034 fue descubierto en los comienzos del Sondeo Profundo del Cielo Infrarrojo con UKIRT (UKIDSS)—el sondeo en el infrarrojo cercano más profundo que se conoce en el mundo, utilizando un instrumento llamado Cámara de Campo Grand (WFCAM). La enana marrón es particularmente destacable ya que tiene una temperatura más baja que cualquier otro objetivo similar descubierto con antelación. De acuerdo al líder del equipo Steve Warren del Imperial College de Londres, “ Sólo los planetas son más fríos, y están por definición cerca de una estrella madre".

Este descubrimiento fue iniciado por el investigador post doctoral Daniel Mortlock, quien fue el primero en darse cuenta de la presencia de este inusual objeto en las imágenes del sondeo UKIRT. ”Identificar un objeto como el J0034-00 es una versión más desafiante que encontrar una aguja en un pajar,” señaló Mortlock. “En este caso fue como buscar un pedazo de una bombilla levemente rojiza, en lugar de una aguja brillante.”

Observaciones espectroscópicas posteriores, fundamentales para determinar la temperatura y masa probable de la enana marrón se obtuvieron con el telescopio de Gemini Sur en Chile. “El espectro infrarrojo de J0034 confirmó que habíamos encontrado una enana marrón muy fría,” dijo la Dra. Sandy Leggett del Observatorio Gemini. “En todo caso, no fue hasta que realizamos un detallado estudio del vapor del agua y las características del metano, y las comparamos con otros espectros de enanas marrón, que nos dimos cuenta que teníamos la enana marrón más fría jamás vista .”

La pieza final del misterio- la determinación precisa de la distancia a J0034 a través de su movimiento propio debido al efecto de paralaje producto del movimiento orbital de la Tierra tendrá que esperar otro año más, aproximadamente. De todas maneras, los astrónomos, esperan que este objeto esté a alrededor de 50 años luz de distancia. Esto es más cerca de la Tierra que muchas de las estrellas que pueden ser vistas a ojo desnudo, y deja abierta la excitante posibilidad de encontrar otros objetos, incluso más fríos, merodeando en nuestra vecindad solar.

Según Mortlock, encontrar la distancia correcta es importante. "Los modelos de espectros de enanas marrón Themodel del cual nosotros hacemos algunas de las deducciones acerca de la temperatura y otras propiedades de J0034, están probablemente "incompletos", en el sentido que no todos los efectos de las moléculas en la atmósfera de la enana café están incluídos totalmente", asevera. "De este modo, obteniendo una medida independiente de la distancia (y por lo tanto una luminosidad independiente) es una verificación final importante para asegurarse que J0034 tiene el tamaño y la temperatura que pensamos que posee."

J0034 fue descubierto en la primera Publicacion de los Datos (DR1) del sondeo de UKIDSS, el cual cubre sólo un cinco por ciento del area total del sondeo. Debido a que se descubrieron un número de enanas marrón más calientes en los mismos datos, implicaría que UKIDSS probablemente descubrirá objetos incluso más exóticos mientras continúa su censo de las estrellas más frías en la vecindad solar.

“Unir totalmente la brecha que existe entre las estrellas y los planetas es una de las metas claves del sondeo de UKIDSS y es maravilloso ver estas metas cumplirse en una era tan temprana de nuestro programa de sondeo,” dijo Dr. Andy Adamson, Director Asociado de UKIRT.

Se estima que el UKIDSS se complete en el 2012, para entonces habrá cubierto casi un cuarto del cielo y es de esperar que haya explorado más profundamente los objetos fríos y de baja masa que se definen entre estrellas y planetas.

Imagen de UKIDSS image de la enana café más fría que se conozca (flecha) mostrando estrellas más distantes a su alreddedor. La imagen se obtuvo tras combinar tres imágenes infrarrojas.


Espectro de J0034, obtenido con GNIRS en Gemini Sur utilizado para determinar la temperatura de la enana marrón. El espectro muestra características de absorción amplias (grandes canales) , e indica las regiones cubiertas por las bandas Y, J, H y K de UKIDSS.