Hur skiljer man en riktig stjärna från universums stjärnor som vill ha den? Efter ett decennium av datainsamling tror astronomen Trent Dupuy att han äntligen har svaret.
Med tanke på att det finns så många objekt som befinner sig i det konstiga mellantinget mellan jätteplaneter och små stjärnor har forskarna kämpat för att få fram ett enkelt svar. Vad Dupuy kokar ner det till är massa.
”Massan är den enskilt viktigaste egenskapen hos stjärnor eftersom den dikterar hur deras liv kommer att fortskrida”, förklarade Dupuy, från University of Texas i Austin, vid American Astronomical Societys sommarmöte tidigare den här månaden.
Vi drar nytta av detta här på jorden, eftersom vår sol befinner sig i stjärnornas gyllene låszon – dess massa är precis lagom stor för att upprätthålla kärnfusionen i kärnan under miljarder av år. Detta har gett förutsättningarna för att livet ska kunna utvecklas och utvecklas på vår planet.
Men allt i galaxen är inte så trevligt och stabilt. Mer massiva stjärnor förbränner sitt kärnbränsle snabbare, dör unga och går ut med en våldsam smäll i form av en supernova.
Mindre massiva objekt, som bruna dvärgar, är som stjärnor som har mer massa än en planet, men inte tillräckligt med massa för att vara en fullfjädrad stjärna.
De kallas ofta för misslyckade stjärnor och finns överallt i universum, men deras ytterst svaga sken gör dessa objekt svåra att studera.
För första gången föreslogs dessa gåtfulla objekt existera för 50 år sedan, och de hjälper till att överbrygga klyftan mellan stjärnor och planeter, men det var inte förrän på senare tid som astronomer började studera dem i detalj.
”När vi tittar upp och ser stjärnorna lysa på natten ser vi bara en del av historien”, förklarar Dupuy.
”Inte allt som skulle kunna bli en stjärna ”klarar det”, och det är lika viktigt att ta reda på varför denna process ibland misslyckas som att förstå när den lyckas.”
Stjärnor som solen lyser som ett resultat av kärnreaktioner som ständigt omvandlar vätgasförrådet i deras kärnor till helium.
Dessa samma reaktioner avgör hur ljus en stjärna lyser – ju hetare kärnan är, desto intensivare är reaktionen och därefter desto ljusare blir stjärnans yta. Som väntat är mindre massiva stjärnor svagare på grund av svalare kärnor, som producerar långsammare reaktioner.
Låt dig inte luras av namnet – bruna dvärgar är inte alltid bruna. Dessa stjärnor är faktiskt röda när de bildas och blir sedan svarta när de sakta slocknar under triljoner av år.
Det beror på att bruna dvärgar, trots att de väger t.o.m. större än de största planeterna, har så lite massa att deras centrum inte är tillräckligt varmt för att upprätthålla kärnreaktioner.
På 1960-talet kom astronomer fram till att det måste finnas en massegräns för fusion.
”Under denna gräns finns det ingen möjlighet att fylla på den energi som hela tiden strålar ut i rymden”, förklarade Dupuy vid sin AAS-session. ”Objekt med en given massa under denna gräns skulle helt enkelt svalna för evigt.”
Förra studier av stjärnornas utveckling har föreslagit att gränsen mellan röda dvärgar (de minsta stjärnorna) och bruna dvärgar låg runt 75 Jupitermassor (eller ungefär 7-8 procent av solen). Men hittills har hans mätning aldrig bekräftats direkt.
Dupuy och Michael Lui från University of Hawaii har ägnat de senaste tio åren åt att studera 31 binära par av bruna dvärgar med hjälp av de mest kraftfulla teleskopen på jorden – Keck-observatoriet och Canada-France-Hawaii-teleskopet, samt viss input från Hubble.
Med hjälp av analysen av ett decenniums bildmaterial har Dupuy och Liu skapat den första stora provstudien av bruna dvärgars massa.
Enligt Dupuy måste ett objekt väga motsvarande 70 Jupiters för att utlösa kärnfusion och bli en stjärna, vilket är något mindre än vad som tidigare föreslagits.
Duon fastställde också att det finns en temperaturgräns, där alla objekt som är kallare än 1 600 Kelvin (cirka 1 315 Celsius och 2 400 grader Fahrenheit) klassificeras som en brun dvärg.
Studien kommer att hjälpa astronomer att bättre förstå de förhållanden under vilka stjärnor bildas och utvecklas – eller i fallet med bruna dvärgar, misslyckas.
Den kan också ge nya insikter om planetbildning eftersom stjärnbildningens framgång eller misslyckande direkt påverkar de stjärnsystem som de potentiellt kan producera.
Forskningen kommer att publiceras i en kommande utgåva av The Astrophysical Journal Supplement, och ett förtryck finns tillgängligt här.