Czy gwiazda może mieć temperaturę wrzącej wody? Odpowiedź brzmi: tak – w przypadku, gdy jest brązowym karłem. Nie są to rozważania teoretyczne, lecz potwierdzone obserwacjami zjawisko.
Droga do celu
Droga do odkrycia najchłodniejszego brązowego karła nie była łatwa. Należało użyć trzech teleskopów, by ostatecznie wyznaczyć temperaturę tego obiektu. Krąży on w układzie podwójnym wraz z kolejnym brązowym karłem. Odkrycia dokonano za pomocą teleskopu Keck II, wykorzystując system optyki adaptatywnej LGS (Laser Guide Star Adaptive Optics). System ten pozwala na zniesienie zakłóceń atmosfery ziemskiej i osiągnięcie bardzo dobrej rozdzielczości obrazu, co przedstawia jedna z ilustracji w tekście (system ten znajduje się 75 lat świetlnych od Ziemi)
Drugi krok to określenie odległzości między składnikami podwójnego układu: znajdują się one 3 razy dalej od siebie niż Ziemia od Słońca, zaś okres orbitalny wynosi 30 lat. Odległość określono, wykorzystując teleskop kanadyjsko-francusko-hawajski. Następnie, przy pomocy teleskopu VLT (Very Large Telescope) należącego do ESO wyznaczono temperaturę pary brązowych karłów. W ten sposób odkryto, iż mniej masywny obiekt układu ma jedynie sto stopni Celsjusza.
Czym nie są brązowe karły?
Nazwa podwójnego systemu to CFBDSIR 1458+10, a poszczególne jego składniki noszą oznaczenia: CFBDSIR 1458+10A (cieplejszy i masywniejszy) oraz CFBDSIR 1458+10B (chłodny i niewielki). Ten zimny brązowy karzeł, jak na standardy gwiazd, może być obiektem pośrednim pomiędzy gwiazdą a planetą olbrzymem.
Brązowe karły formowały się podobnie jak gwiazdy, skupiając w sobie obłok gazowo-pyłowy. W pewnym momencie, na skutek rosnącej gęstości i temperatury, w obłoku zaczynały zachodzić reakcje termojądrowe, niewystarczająca ilość materiału tworzącego nie pozwoliła jednak na fuzję wodoru. Zamiast tego w brązowych karłach o większej masie następowała synteza deuteru. To istotna różnica, ponieważ wpływa na ewolucję obiektu. Gwiazdy świecą przez wiele milionów lat, emitując stałą jasność (także w zakresie fal widzialnych). Brązowe karły, ze względu na gorsze “zasilanie”, świecą znacznie słabiej, przy tym ich blask przygasa z czasem. Dają się one wykryć jedynie w świetle podczerwonym.
Naukowcy wymyślili sposoby pozwalające odróżniać brązowe karły od gwiazd, szczególnie tych mało masywnych. Po pierwsze sprawdza się, czy w liniach spektrum występuje lit – gwiazdy bardzo szybko zużywają ten pierwiastek w swoich wnętrzach. Temperatura brązowych karłów, znacznie niższa od temperatury gwiazd, nie inicjuje spalania litu, dzięki czemu można go wykryć w liniach spektralnych. Kolejna różnica to występowanie metanu w atmosferach brązowych karłów – w gwiazdach nie występują tak złożone cząsteczki. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę jeszcze jedną anomalię, czyli metaliczne deszcze. Wraz z upływem czasu i spadkiem temperatury brązowego karła metaliczny gaz występujący w jego wnętrzu tworzy chmury i skrapla się. Poznanie tego procesu wymaga jednak dalszych badań oraz dopracowania metod zdalnego wykrywania, obecnie na istnienie takich opadów wskazują matematyczne obliczenia oraz pośrednie przesłanki (takie jak zmiany jasności brązowych karłów).
Szybko nasuwa się skojarzenie, że brązowe karły to nieudane gwiazdy. Może są zatem znacznie bardziej podobne do planet, gazowych olbrzymów? Sprawa wydawałaby się prosta do osądzenia, szczególnie, że brązowe karły powstały inaczej, niż gazowe olbrzymy. Istnieje kilka sposobów pozwalających na określenie, czy dany obiekt jest planetą, czy brązowym karłem, ale przestają one być skuteczne w przypadku mało masywnych karłów.
Pierwszą różnicą są reakcje termojądrowe zachodzące w brązowych karłach. W obiektach o masie mniejszej niż 13 mas Jowisza nie zachodzi fuzja deuteru, więc zwykle obiekt taki nie będzie sklasyfikowany jako brązowy karzeł, lecz jako gazowy gigant. Druga różnica jest taka, że niektóre brązowe karły emitują promieniowanie rentgenowskie (w przypadku planet takie zjawisko nie zachodzi). Ważne jest także określenie temperatury – dopóki nie wyniesie ona około 1000K, mamy pewność, że obiekt jest brązowym karłem. Jednakże, w przypadku mało masywnych brązowych karłów (w granicach 13 mas Jowisza), w których nie zachodzi już fuzja deuteru, trudno określić z całą pewnością, czym jest dany obiekt. Dlatego takie ciała niebieskie muszą przejść drobiazgowe badania.
Uściślając: brązowe karły są obiektami od około 13 do 80 razy masywniejszymi niż Jowisz – dolna granica tego zakresu umożliwia fuzję deuteru, górna nie pozwala na fuzję wodoru.
Dlaczego odkrycie CFBDSIR 1458+10B jest istotne
Tak chłodny brązowy karzeł, o masie około 6-15 razy większej niż Jowisz, a temperaturze 55 razy niższej niż Słońce, znacznie poszerza granice poznania tych obiektów i nasuwa pewne przypuszczenia. Po pierwsze, może być on najmniejszym obiektem gwiazdowym klasy Y0. W takim wypadku rzeczywiście byłby tworem na granicy pomiędzy gwiazdą a planetą. Dalsze badania pozwolą na lepsze określenie, czym dokładnie są planety, a czym gwiazdy.
Po drugie, w górnych częściach atmosfery CFBDSIR 1458+10B może występować para wodna. To zagadnienie może interesować wielu badaczy, nie tylko z zakresu astronomii, ale także hydrodynamiki, ponieważ w atmosferach brązowych karłów zachodzi całkowita konwekcja i mamy tu do czynienia z układem izolowanym.
(Źródło: ESO)
