Jak oddzielić prawdziwą gwiazdę od gwiezdnych wybrańców Wszechświata? Po dekadzie zbierania danych, astronom Trent Dupuy uważa, że w końcu zna odpowiedź.
Z tak wieloma obiektami, o których wiadomo, że siedzą w tym dziwnym środku pomiędzy gigantycznymi planetami a maleńkimi gwiazdami, naukowcy zmagali się z tym, aby sprowadzić to do prostej odpowiedzi. To, do czego Dupuy to sprowadza, to masa.
„Masa jest najważniejszą właściwością gwiazd, ponieważ to ona dyktuje, jak będzie przebiegać ich życie”, wyjaśnił Dupuy z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin na letnim spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego na początku tego miesiąca.
Korzystamy z tego tutaj na Ziemi, ponieważ nasze Słońce znajduje się w gwiezdnej strefie złotego środka – jego masa jest w sam raz, aby podtrzymać fuzję jądrową w jego jądrze przez miliardy lat. To zapewniło warunki do rozwoju i ewolucji życia na naszej planecie.
Ale nie wszystko w galaktyce jest tak miłe i stabilne. Bardziej masywne gwiazdy szybciej spalają swoje paliwo jądrowe, umierają młodo i gasną z gwałtownym hukiem w postaci supernowej.
Mniej masywne obiekty, jak brązowe karły, są jak gwiezdne szczątki, posiadające więcej masy niż planeta, ale nie dość masy, aby być pełnoprawną gwiazdą.
Często nazywane nieudanymi gwiazdami, są wszechobecne we Wszechświecie, ale ich niezwykle słaba poświata sprawia, że obiekty te są trudne do zbadania.
Początkowo ich istnienie stwierdzono 50 lat temu, te enigmatyczne obiekty pomagają wypełnić lukę pomiędzy gwiazdami i planetami, ale dopiero niedawno astronomowie zaczęli badać je bardzo szczegółowo.
„Kiedy patrzymy w górę i widzimy gwiazdy świecące w nocy, widzimy tylko część historii,” wyjaśnia Dupuy.
„Nie wszystko co może być gwiazdą 'udaje się’, a zrozumienie dlaczego ten proces czasami się nie udaje jest tak samo ważne jak zrozumienie kiedy się udaje.”
Gwiazdy takie jak Słońce świecą w wyniku reakcji jądrowych, które nieustannie przekształcają zapas wodoru w ich rdzeniach w hel.
Te same reakcje określają jak jasno świeci gwiazda – im gorętsze jądro, tym intensywniejsza reakcja i w konsekwencji tym jaśniejsza będzie powierzchnia gwiazdy. Jak można się spodziewać, mniej masywne gwiazdy są ciemniejsze ze względu na chłodniejsze centra, które wytwarzają wolniejsze reakcje.
Nie daj się zwieść nazwie – brązowe karły nie zawsze są brązowe. Te gwiezdne wańki-wstańki są w rzeczywistości czerwone, gdy się tworzą, a następnie zmieniają się w czarne, gdy powoli gasną przez biliony lat.
To dlatego, że pomimo przewyższania nawet największych planet, brązowe karły mają tak małą masę, że ich centra nie są wystarczająco gorące, aby podtrzymywać reakcje jądrowe.
W latach 60-tych XX wieku astronomowie teoretyzowali, że musi istnieć granica masy dla fuzji jądrowej.
„Poniżej tej granicy nie ma możliwości uzupełnienia energii, która jest stale wypromieniowywana w przestrzeń kosmiczną,” wyjaśnił Dupuy podczas sesji w AAS. „Obiekty o danej masie poniżej tego limitu po prostu ostygłyby na zawsze.”
Poprzednie badania ewolucji gwiazd sugerowały, że granica między czerwonymi karłami (najmniejszymi gwiazdami) a brązowymi karłami wynosiła około 75 mas Jowisza (lub w przybliżeniu 7-8 procent masy Słońca). Ale do tej pory jego pomiar nigdy nie został bezpośrednio potwierdzony.
Dupuy i Michael Lui z University of Hawaii spędzili ostatnie 10 lat badając 31 par binarnych brązowych karłów z pomocą najpotężniejszych teleskopów na Ziemi – Keck Observatory i Canada-France-Hawaii Telescope, a także trochę wkładu z Hubble’a.
Analizując warte dekady zdjęcia, Dupuy i Liu stworzyli pierwszą dużą próbkę badań mas brązowych karłów.
Według Dupuy, obiekt musi ważyć równowartość 70 Jowiszów, aby wywołać fuzję jądrową i stać się gwiazdą, co jest nieco mniej niż wcześniej sugerowano.
Duet ustalił również, że istnieje granica temperatury, z każdym obiektem chłodniejszym niż 1,600 Kelwinów (około 1,315 Celsjusza i 2,400 stopni Fahrenheita) sklasyfikowanym jako brązowy karzeł.
Badania te pomogą astronomom lepiej zrozumieć warunki, w których gwiazdy tworzą się i ewoluują – lub w przypadku brązowych karłów, zawodzą.
Może to również zapewnić nowy wgląd w formowanie się planet, ponieważ sukces lub porażka formowania się gwiazd bezpośrednio wpływa na układy gwiazd, które mogą potencjalnie wytworzyć.
Badania zostaną opublikowane w nadchodzącym wydaniu The Astrophysical Journal Supplement, a przedruk jest dostępny tutaj.