Co czyni z gwiazdy gwiazdę?

Według analiz astronomów, gdy spoglądamy w niebo na każde 100 gwiazd, które możemy zobaczyć przypadają dziesiątki tak zwanych “nieudanych gwiazd” – brązowych karłów – zbyt słabo widocznych, aby je zaobserwować gołym okiem. Granica pomiędzy gwiazdą a brązowym karłem jest dosyć płynna i jak dotąd sprowadzała się głównie do teorii i symulacji. Jednak są naukowcy, którzy twierdzą, że znaleźli odpowiedź na to nurtujące pytanie, a ich badania nie bazują jedynie na symulacjach komputerowych, ale również na wieloletnich obserwacjach.

W którym momencie możemy mówić o gwieździe “gwiazda”? Czym różni się “pełnoprawna gwiazda” od brązowego karła? Mimo, że brązowe karły są często nazywane “nieudanymi gwiazdami”, ich druga nazwa jest dosyć myląca i niepoprawna. W trakcie swojej ewolucji tego typu obiekty nigdy nie miały przekształcić się w gwiazdy. Gwiazdy powstają w obłokach molekularnych, gdy znajdujący się tam gaz i pył ochładza się, i pod wpływem sił grawitacyjnych zapada się na siebie. Jednak, gdy nie ma wystarczającej ilości materii, formujący się obiekt nie będzie wystarczająco gorący ani gęsty, aby rozpoczęły się w nim reakcje przemiany wodoru w hel (zachodzące w gwiazdach). Brązowe karły mają zatem niższą temperaturę niż najlżejsze znane nam gwiazdy, ale wystarczającą, żeby wysyłać promieniowanie podczerwone.

Nawet najbliższe Ziemi brązowe karły są na tyle słabo widoczne, że naukowcy wykryli je dopiero w 1994 roku jako osobną klasę ciał niebieskich. Stanowi to ogromny problem dla chcących je obserwować naukowców. Prawie dekadę temu, Trent Dupuy z University of Texas w Austin i Michael Liu z University of Hawai’i rozpoczęli obserwacje orbit 31 układów podwójnych znajdujących się w obszarze 130 lat świetlnych od Ziemi. Każda para składała się z dwóch brązowych karłów lub gwiazd o bardzo niskiej masie – obu typów obiektów, które wyznaczają granicę kwalifikacji ciał niebieskich jako gwiazd.

Dzięki pomiarom okresu i rozmiaru orbit tych układów, naukowcy byli w stanie obliczyć masy ich poszczególnych obiektów. Ze względu na słabą widoczność oraz niewielkie rozmiary gwiazd karłowatych, Dupuy i Liu wykorzystali do swoich badań dwa najpotężniejsze dostępne teleskopy – naziemny teleskop z Keck Observatory oraz teleskop kosmiczny Hubble’a. Połączenie danych z obserwacji tych samych układów dwoma teleskopami umożliwiło dokładne umiejscowienie obiektów oraz określenie ich ruchu w przestrzeni. Następnie za pomocą CFHT (Teleskopu Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego) naukowcy wyznaczyli środek masy, wokół którego krążą obserwowane gwiazdy, co pozwoliło im w efekcie końcowym wyliczyć masy tych ciał niebieskich.
 
Na podstawie wyznaczonych mas 38 brązowych karłów, Dupuy i Liu określili minimalną masę gwiazdy na 70 razy większą od masy Jowisza. W gazowym obiekcie o takiej masie mogą rozpocząć się reakcje fuzji nuklearnej, co daje początek gwieździe, a ciała niebieskie poniżej masy krytycznej przekształcą się w brązowe karły. Wyniki badań naukowców, opublikowane w Astrophysical Journal Supplement Series, potwierdzają wcześniejsze przewidywania modeli teoretycznych i symulacji komputerowych.



Źródło: Astrophysical Journal Supplement Series

Więcej informacji:

Na zdjęciu: układ podwójny brązowych karłów zaobserwowany w podczerwieni. Źródło: Keck Observatory, Michael Liu, University of Hawai'i.