Miten erottaa todellinen tähti maailmankaikkeuden tähtimäisistä wannabeista? Kymmenen vuoden ajan kerättyään tietoja tähtitieteilijä Trent Dupuy uskoo vihdoin löytäneensä vastauksen.
Koska tiedetään, että niin monet kohteet sijoittuvat tuohon omituiseen välimaastoon jättimäisten planeettojen ja pikkuruisten tähtien välille, tiedemiehet ovat ponnistelleet löytääkseen yksinkertaisen vastauksen. Dupuy kiteyttää sen massaan.
”Massa on tähtien tärkein yksittäinen ominaisuus, koska se määrää, miten niiden elämä etenee”, Texasin yliopistossa Austinissa työskentelevä Dupuy selitti American Astronomical Societyn kesäkokouksessa aiemmin tässä kuussa.
Hyödymme tästä täällä maapallolla, sillä Aurinkomme on tähtien kultaisella kultaisella vyöhykkeellä – sen massa on juuri sopiva, jotta se voi ylläpitää ytimensä ydinfuusiota miljardeja vuosia. Tämä on tarjonnut edellytykset elämän kehittymiselle ja kehittymiselle planeetallamme.
Mutta kaikki galaksissa ei ole yhtä mukavaa ja vakaata. Massiivisemmat tähdet polttavat ydinpolttoaineensa nopeammin, värjäytyvät nuorina ja sammuvat rajuun pamahdukseen supernovan muodossa.
Vähemmän massiiviset kohteet, kuten ruskeat kääpiöt, ovat ikään kuin tähtien kääpiöitä, joilla on enemmän massaa kuin planeetalla, mutta ei tarpeeksi massaa ollakseen täysikasvuinen tähti.
Sitä kutsutaan usein epäonnistuneiksi tähdiksi, ja niitä on kaikkialla maailmankaikkeudessa, mutta niiden erittäin hämärä hehku tekee näiden kohteiden tutkimisen vaikeaksi.
Ensimmäisen kerran näiden arvoituksellisten kohteiden olemassaolosta ehdotettiin 50 vuotta sitten, ja ne auttavat kuromaan umpeen tähtien ja planeettojen välisen kuilun, mutta vasta viime aikoina tähtitieteilijät alkoivat tutkia niitä yksityiskohtaisesti.
”Kun katsomme ylös ja näemme tähtien loistavan yöllä, näemme vain osan tarinasta”, Dupuy selittää.”
”Kaikki, mikä voisi olla tähti, ei ’onnistu’, ja sen selvittäminen, miksi tämä prosessi joskus epäonnistuu, on yhtä tärkeää kuin sen ymmärtäminen, milloin se onnistuu.”, Dupuy kertoo.”
Auringon kaltaiset tähdet loistavat ydinreaktioiden tuloksena, jotka jatkuvasti muuttavat niiden ytimessä olevaa vetyä heliumiksi.
Nämä samat reaktiot määräävät sen, kuinka kirkkaasti tähti loistaa – mitä kuumempi ydin on, sitä voimakkaampi reaktio on ja sitä kirkkaampi on myös tähden pinta. Odotetusti vähemmän massiiviset tähdet ovat himmeämpiä, koska niiden ytimet ovat viileämpiä ja reaktiot hitaampia.
Älkää antako nimen hämätä – ruskeat kääpiöt eivät aina ole ruskeita. Nämä tähdet ovat itse asiassa punaisia muodostuessaan ja muuttuvat sitten mustiksi hitaasti haihtuessaan triljoonien vuosien aikana.
Tämä johtuu siitä, että vaikka ruskeat kääpiöt ovat suurempia planeettoja suurempia, niiden massa on niin pieni, että niiden keskukset eivät ole tarpeeksi kuumia ydinreaktioiden ylläpitämiseen.
1960-luvulla tähtitieteilijät teoretisoivat, että fuusiolle täytyy olla jokin massaraja.
”Tämän rajan alapuolella ei ole varaa täydentää sitä energiaa, joka jatkuvasti säteilee avaruuteen”, Dupuy selitti AAS-istunnossaan. ”Tämän rajan alapuolella olevat kohteet, joilla on tietty massa, yksinkertaisesti jäähtyisivät ikuisesti.”
Tähtien evoluutiota koskevat aiemmat tutkimukset ovat esittäneet, että raja punaisen kääpiön (pienimmät tähdet) ja ruskean kääpiön välillä oli noin 75 Jupiterin massan (eli noin 7-8 prosenttia Auringosta) kohdalla. Mutta tähän asti hänen mittaustaan ei ole koskaan suoraan vahvistettu.
Dupuy ja Michael Lui Havaijin yliopistosta viettivät viimeiset 10 vuotta tutkiessaan 31 ruskean kääpiön kaksoiskääpiöparia maapallon tehokkaimpien teleskooppien – Keck-observatorion ja Kanada-Ranska-Hawaii-teleskoopin – sekä jonkin verran Hubblen avulla.
Analysoimalla vuosikymmenen kuva-aineistoa Dupuy ja Liu ovat luoneet ensimmäisen suuren otoksen tutkimusta ruskeiden kääpiöiden massoista.
Dupuyn mukaan kohteen on painettava 70 Jupiteria vastaava paino, jotta se voisi sytyttää ydinfuusion ja muuttua tähdeksi, mikä on hiukan vähemmän kuin aiemmin on esitetty.
Kaksikko määritteli myös, että on olemassa lämpötilaraja, jolloin kaikki alle 1 600 kelviniä (noin 1 315 celsiusastetta ja 2 400 celsiusastetta Fahrenheitia) viileämmät kohteet luokitellaan ruskeaksi kääpiöksi.
Tutkimus auttaa tähtitieteilijöitä ymmärtämään paremmin olosuhteita, joissa tähdet muodostuvat ja kehittyvät – tai ruskeiden kääpiöiden tapauksessa epäonnistuvat.
Se voi myös tarjota uutta tietoa planeettojen muodostumisesta, sillä tähtien muodostumisen onnistuminen tai epäonnistuminen vaikuttaa suoraan tähtijärjestelmiin, joita ne mahdollisesti tuottavat.
Tutkimus julkaistaan The Astrophysical Journal Supplement -lehden tulevassa numerossa, ja esipainos on saatavilla täällä.