Brązowe olbrzymy: Nieudane gwiazdy pomiędzy planetą a słońcem

Niewielki zakres masy, a nie pojedynczy próg

Czerwone olbrzymy zajmują wąski zakres masy pomiędzy najcięższymi planetami a najlżejszymi gwiazdami – w przybliżeniu od 13 do 80 mas Jowisza (około 0,012 do 0,08 masy słonecznej). Poniżej tego zakresu obiekt nigdy nie zapali żadnej formy fuzji jądrowej w swoim jądrze. Powyżej tego, kompresja grawitacyjna powoduje, że jądro staje się gorące i gęste na tyle, aby ciągle fuzjować zwykły wodór-1 z heliem, a obiekt staje się prawdziwą gwiazdą ciągu głównego, świecąca stabilnie przez miliardy lat. Pomiędzy tymi wartościami jądro tymczasowo staje się wystarczająco gorące, aby rozpocząć spalanie znacznie łatwiejszych reakcji – spalanie deuteru powyżej około 13 mas Jowisza i spalanie litu powyżej około 65 – ale żadna z nich nie jest samopodtrzymująca. Oba paliwa wyczerpują się w ciągu kilku milionów lat, a po tym czasie czerwona olbrzymka nie ma już żadnego wewnętrznego źródła energii.

Życie na tle, nie spalanie

Po wyczerpaniu krótkotrwałego paliwa z deuteru i litu, brown dwarf przetrwa dzięki jedynie pozostałym ciepłom pochodzącym z jego własnego powstawania. Powoli kurcząc się pod wpływem grawitacji – mechanizm Kelvin-Helmholtz, który napędzał również młodą Jowisz i Saturna – emituje to zgromadzone energię i stopniowo gaśnie, pozostając zimnym na zawsze. Nie występuje w tym przypadku punkt równowagi, w którym fuzja zrównoważy utratę energii, jak to ma miejsce w gwiazdach; krzywa jasności tylko się pogłębia. Nowo powstały brown dwarf może krótko świecić temperaturą zbliżoną do 2500 K, podobnie jak mała gwiazda, ale na przestrzeni miliardów lat zanika w kierunku temperatur ledwie wyższych od poziomów chłodziarki absorpcyjnej.

Sekwencja M/L/T/Y

Ze względu na ciągłe spadanie temperatury, brown dwarfom nadano własne rozszerzenie znanej sekwencji widmowej gwiazd (O, B, A, F, G, K, M):

późne M ~2 500-3 700 K nakładają się na najchłodniejsze prawdziwe gwiazdy L ~1 300-2 500 K – atmosfery pokryte pyłem i chmurami, metohydraty T ~500-1 300 K – pojawiają się absorpcyjne pasma węgla Y <500 K – najchłodniejsze znane; możliwe chmury lodu wodnego i amoniaku L dwarfs nadal są wystarczająco ciepłe, aby chmury pyłu krzemionkowego i metohydratów dominowały w ich widmach. Gdy temperatura spada poniżej około 1300 K, metan staje się stabilny i generuje silne absorpcyjne pasma, które definiują klasę T – ten sam gaz, który barwi atmosfery Uranu i Neptuna. Najchłodniejsze dwarfs Y, po raz pierwszy potwierdzone przez badanie podczerwone NASA's WISE około 2011 roku, znajdują się blisko lub poniżej typowej temperatury pokojowej; niektóre mogą posiadać chmury lodu wodnego podobne do tych na planetach.

late M   ~2,500-3,700 K   overlaps the coolest true stars
L        ~1,300-2,500 K   dusty, cloudy atmospheres; metal hydrides
T        ~500-1,300 K    methane absorption bands appear
Y        <500 K          coolest known; possible water/ammonia clouds

Pułapka masa-wiek-luminosność

Ponieważ zarówno wiek, jak i masa obniżają luminanśość, słaby brunatny olbrzym jest fundamentalnie niejednoznaczny jedynie ze względu na jasność: może to być stary, stosunkowo masywny obiekt, który miał dużo czasu na ochłodzenie, lub młody, znacznie lżejszy obiekt, który po prostu dopiero zaczął gasnąć. Ścieżki chłodzenia dla różnych mas przecinają się na wykresie luminanści-temperatury, więc ta sama jasność odpowiada wielu możliwym parach (masa, wiek). Astronomi break the degeneracy by finding brown dwarfs in places where age is already known independently — inside star clusters of measured age, or in orbit around normal stars whose age can be dated from stellar evolution models.

Bliskie przykłady

Gliese 229B, zidentyfikowana w 1995 roku, była pierwszym potwierdzonym brązowym olbrzymem dzięki spektroskopii bezpośredniej – obecność pasm metanu wykazała, że jest zbyt zimna, aby być gwiazdą. Luhman 16, układ podwójny składający się z dwóch brązowych olbrzymów typu L/T oddalony o zaledwie 6,5 lat świetlnych, jest trzecim najbliższym systemem o masie gwiazdowej do Słońca po Alfa Centauri i Gwiazdzie Barnardzkiej, a został odkryty dopiero w 2013 roku ze względu na niezwykle małą jasność obu komponentów pomimo ich bliskości. Teide 1, znajdujący się w gromadzie Plejaady, był pierwszym obiektem, którego natura pod-gwiaździsta została potwierdzona dzięki absorpcji litu – marker, który astronomowie nadal wykorzystują, ponieważ każdy obiekt wykazujący obecność litu w swoim widmie jest zbyt lekki i zbyt młody, aby całkowicie go spalić, jak to robiłaby gwiazda.

Frequently asked questions

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Brown Dwarf Classifier i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.