Hoe scheid je een echte ster van de stellaire wannabees van het heelal? Na tien jaar gegevens verzamelen denkt astronoom Trent Dupuy eindelijk het antwoord te hebben.
Want er zijn zoveel objecten bekend die zich in het vreemde midden tussen reuzenplaneten en piepkleine sterren bevinden, dat wetenschappers moeite hebben gehad om tot een eenvoudig antwoord te komen. Dupuy heeft het teruggebracht tot massa.
“Massa is de belangrijkste eigenschap van sterren, omdat het bepaalt hoe hun leven zal verlopen,” legde Dupuy, van de Universiteit van Texas in Austin, uit op de zomerbijeenkomst van de American Astronomical Society eerder deze maand.
Wij profiteren daarvan hier op aarde, omdat onze zon in de stellaire goudlokjeszone staat – zijn massa is precies genoeg om de kernfusie in zijn kern miljarden jaren in stand te houden. Dit heeft de voorwaarden geschapen voor het ontstaan en de ontwikkeling van leven op onze planeet.
Maar niet alles in het melkwegstelsel is zo mooi en stabiel. Massievere sterren verbranden hun nucleaire brandstof sneller, verouderen jong, en sterven met een gewelddadige knal in de vorm van een supernova.
Minder massieve objecten, zoals bruine dwergen, zijn als stellaire mormels, die meer massa bezitten dan een planeet, maar toch niet genoeg massa om een volwaardige ster te zijn.
Dikwijls aangeduid als mislukte sterren, zijn ze alomtegenwoordig in het heelal, maar hun uiterst zwakke gloed maakt deze objecten moeilijk te bestuderen.
Vijftig jaar geleden werd voor het eerst het bestaan van deze raadselachtige objecten voorgesteld. Ze helpen de kloof tussen sterren en planeten te overbruggen, maar het was pas recent dat astronomen ze in detail begonnen te bestuderen.
“Wanneer we ’s nachts omhoog kijken en de sterren zien schitteren, zien we slechts een deel van het verhaal,” legt Dupuy uit.
“Niet alles wat een ster zou kunnen zijn, ‘maakt het,’ en uitzoeken waarom dit proces soms mislukt, is net zo belangrijk als begrijpen wanneer het slaagt.”
Stars zoals de zon schijnen als gevolg van nucleaire reacties die de voorraad waterstof in hun kernen voortdurend omzetten in helium.
Dezelfde reacties bepalen hoe helder een ster schijnt – hoe heter de kern, hoe intenser de reactie en vervolgens hoe helderder het oppervlak van de ster zal zijn. Zoals verwacht zijn minder massieve sterren zwakker door koelere kernen, die langzamere reacties veroorzaken.
Laat de naam je niet misleiden – bruine dwergen zijn niet altijd bruin. Deze stellaire wannabees zijn eigenlijk rood als ze zich vormen, en worden dan zwart als ze langzaam uitdoven over triljoenen jaren.
Dat komt omdat bruine dwergen, ondanks dat ze zelfs de grootste planeten overtreffen, zo weinig massa hebben dat hun centra niet heet genoeg zijn om kernreacties te ondersteunen.
In de jaren zestig theoretiseerden astronomen dat er een massalimiet moet zijn voor kernfusie.
“Onder deze limiet is er geen aanvulling van de energie die constant de ruimte in wordt gestraald,” legde Dupuy uit tijdens zijn AAS-sessie. “Objecten met een gegeven massa onder deze grens zouden gewoon voor altijd afkoelen.”
Vorige studies van stellaire evolutie hebben gesuggereerd dat de grens tussen rode dwergen (de kleinste sterren) en bruine dwergen rond 75 Jupitermassa’s lag (of ruwweg 7-8 procent van de zon). Maar tot nu toe werd zijn meting nooit direct bevestigd.
Dupuy en Michael Lui van de Universiteit van Hawaii hebben de afgelopen 10 jaar 31 binaire paren van bruine dwergen bestudeerd met behulp van de krachtigste telescopen op aarde – het Keck Observatory en de Canada-France-Hawaii Telescope, en ook wat input van Hubble.
Door het analyseren van tien jaar aan beelden, hebben Dupuy en Liu de eerste grote steekproef studie van bruine dwergen massa’s gemaakt.
Volgens Dupuy, moet een object het equivalent van 70 Jupiters wegen om kernfusie te vonken en een ster te worden, wat iets minder is dan eerder gesuggereerd.
Het duo stelde ook vast dat er een temperatuur cut-off is, waarbij elk object koeler dan 1.600 Kelvin (ongeveer 1.315 Celsius en 2.400 graden Fahrenheit) wordt geclassificeerd als een bruine dwerg.
De studie zal astronomen helpen beter te begrijpen onder welke omstandigheden sterren zich vormen en evolueren – of in het geval van bruine dwergen, mislukken.
Het zou ook nieuw inzicht kunnen verschaffen in de vorming van planeten, aangezien het succes of falen van stervorming direct van invloed is op de stersystemen die zij mogelijk kunnen voortbrengen.
Het onderzoek wordt gepubliceerd in een komende editie van The Astrophysical Journal Supplement, en een pre-print is hier beschikbaar.