Brown dwarfs in the solar neighborhood [Elektronische Ressource] : a high resolution study of their physical properties and the search for planetary mass companions / von Micaela Bianca Stumpf

Sujets

• Astronomie

Informations

• Publié par: friedrich-schiller-universitat_jena
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 36
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

BrownDwarfsinthesolarneighborhood
ahighresolutionstudyoftheirphysicalproperties
andthesearchforplanetarymasscompanions
Dissertation
zurErlangungdesakademischenGrades
doctor rerum naturalium (Dr.rer.nat.)
vorgelegtdemRatderPhysikalisch AstronomischenFakult at¨
derFriedrich Schiller Universit at¨ Jena
von
Diplom Physikerin
MicaelaBiancaStumpf
geborenam19.06.1973inStuttgartGutachter
1. Prof.Dr. ThomasHenning
¨(Max Planck Institutf urAstronomieHeidelberg&
Friedrich Schiller Universit at¨ Jena)
2. Prof.Dr. ArtieHatzes
(Thuringer¨ LandessternwarteTautenburg&Friedrich Schiller Universit at¨ Jena)
3. Prof.Dr. PeterH.Hauschildt
(HamburgerSternwarte&Universitat¨ Hamburg)
TagderDisputation: 19. Januar2010Zusammenfassung
BeobachtungenvonBraunenZwergensindvonentscheidenderBedeutung,daihreEigen
schaftenzwischendenenvonspaten¨ SternenundRiesenplanetenliegen. DadieBraunen
Zwerge nie das stabile Wasserstoffbrennen der stellaren Hauptreihe erreichen, existiert
fur¨ sie keine eindeutige Masse Leuchtkraft Beziehung, was eine exakte Bestimmung
¨ihrer physikalischen Eigenschaften und die Uberprufung¨ der Entstehungstheorien er-
schwert. Eine besondere Losung¨ dieses Problems bieten raumlich¨ aufgeloste¨ Doppel
systemevonBraunenZwergen,dieeinedynamischeMassenbestimmungderEinzelkom
ponentenunabhangig¨ vonvorhandenenModellenermoglichen.¨
Die vorliegende Dissertation stellt die Ergebnisse einer laufenden Studie von solchen
Doppelsystemen mit relativ kurzer Umlaufperiode dar, basierend auf hochaufgelos ¨
tenphotometrischenundspektroskopischenNahinfrarot-BeobachtungenmitdemVery
Large Telescope und seiner durch naturlichen¨ und Laserleitstern gestutzten¨ adaptiven
Optik. Die ausgewahlten¨ Objekte umfassen hierbei den gesamten Spektralbereich von
¨denfruhen¨ LZwergen,dem auffalligen¨ UbergangsbereichvonLnachT,bishinzuden
¨ ¨spaten T Zwergen. Fur das Doppelsystem Kelu 1AB werden die erhaltenen Bahnpa
rameter, sowie die erste dynamisch bestimmte Systemmasse diskutiert. Die zusatzlich¨
erhaltenenerstenEinzelspektrenweisenaufeinedritteKomponenteimSystemhin,die
Kelu 1AB damit zu einem exzellenten Kandidaten f ur¨ ein Braune Zwerge-Dreifach
system machen. Die photometrischen Untersuchungen von 2MASS0310+1648AB,
¨einesDoppelsystemsimL/TUbergang,lasseneineauffallige¨ Erscheinungsformerken
nen,diehochstw¨ ahrscheinlichaufdieEntdeckungdeserstfunften¨ L/TDoppelsystems
mit einer Umkehrung des Helligkeitsverhaltnisses¨ der beiden Komponenten schliessen
lasst.¨ Anschliessend erlaubten die erhaltenen, ausgedehnteren Einzelspektren des T
¨Zwerge Systems Indi Bab, sowie die Ergebnisse fur¨ Kelu 1AB, eine Uberprufung¨
der Vorhersagen der Atmospharen ¨ und Entwicklungsmodelle. Die Analysen scheinen
einenbereitsfruher¨ aufgetretenenTrendzubestatigen,¨ dassdiederzeitigenModelledie
Massenderultrakuhlen¨ SterneundBraunenZwergezumindestteilweiseunterschatzen.¨
Des Weiteren wurden Beobachtungen von zwolf¨ relativ jungen L Zwergen aus der
sonnennahen Umgebung mit dem Hubble Space Telescope durchgefuhrt,¨ um nach Be
gleiternmitplanetarerMassezusuchen. DieErgebnissewurdenmitHilfederdifferen
tiellenAbbildungerzielt,diesichdieverschiedenespektraleEigenschaftenderObjekte
zuNutzenmacht. EskonntenzweineueDoppelsystemeausBraunenZwergenaufgelost¨
werden. Die erhaltenen Parameter, wie z.B.Abstande¨ und Massenverhaltnisse,¨ stehenim Einklang mit den Ergebnissen aus fruheren¨ Multiplizitats Studien¨ Brauner Zwerge.
Schliesslich konnte noch ein moglicher¨ Begleiter zu 2MASS0337 1758 identifiziert
werden, dessen erste Massenabschatzungen¨ an der Grenze zwischen Braunen Zwergen
und Planeten liegen. Dies macht ihn zum Kandidaten als kuhlsten¨ und massearmsten¨
bisheraufgelosten¨ BegleitereinesLoderTZwerges.Abstract
Theobservationsofbrowndwarfsplayacrucialrolebecauseoftheirpropertiesinterme
diatebetweenthoseoflate typestarsandgiantplanets. Asbrowndwarfsneverstabilize
on the hydrogen burning main sequence, there is no unambiguous mass luminosity re
lation. This makes it hard to determine their physical properties and to test theories of
formation processes. Spatially resolved brown dwarf binaries provide the unique op
portunity to determine the dynamical masses of the binary components independently
oftheoreticalmodels.
This thesis presents the results of an ongoing near infrared high resolution spectros
copicandphotometricmonitoringprogramwiththeVeryLargeTelescopeNaturalGuide
StarandLaserGuideStarAdaptiveOpticssystemstoobservebinarybrowndwarfswith
relatively short orbital periods. The chosen objects cover the entire spectral range from
early L dwarfs, across the particularly interesting L/T transition to the late T dwarfs.
For the L dwarf binary system Kelu 1AB the results of the orbital fits are discussed,
includingthefirstdynamicalmassestimateofthesystem. Inaddition,thefirstresolved
spectraprovideevidenceforathirdsystemcomponent,makingthesystemanexcellent
candidate to be the first pure brown dwarf triple system discovered so far. Photomet
ric investigations on the L/T transition binary 2MASS0310+1648AB revealed a very
striking nature of the system, most likely resulting in the detection of the only fifth re
solvedL/Ttransitionbinarywithafluxreversalbetweenthecomponents. Furthermore,
extended resolved spectra of the T dwarf binary Indi Bab allowed, together with the
Kelu 1AB results, to test atmospheric and evolutionary models. The analysis seems to
confirm the already previously reported trent that current models, at least partly, under-
estimatethemassesofverylow massstarsandbrowndwarfs.
AspectraldifferentialimagingprogramonasampleoftwelverelativelyyoungfieldL
dwarfsinthesolarneighborhoodwascarriedout,usingtheHubbleSpaceTelescope,to
searchforplanetarymasscompanionsaroundbrowndwarfs. Twobrowndwarfbinaries
wereresolvedandthederivedbinaryparameterslikeseparationsandmassratios,aswell
as the overall binary fraction of the survey are consistent with the results of previous
multiplicity surveys of brown dwarfs. Finally, a companion candidate to 2MASS0337
1758 is identified. First mass estimates place it at the brown dwarf/planetary mass
boundary and make it the coolest and least massive resolved companion candidate to
anyLorTdwarf.fur¨ meinen Neffen Philipp
den kleinsten, aber hellsten Stern
in meinem LebenEines sollten wir nicht verlernen:
den staunenden Blick
eines Kindes
– Augustinus –