Optrævler mysteriet med brune dværge

Brune dværge er astronomiske objekter med masser mellem planeternes og stjernernes. Spørgsmålet om, hvor nøjagtigt grænserne for deres masse ligger, er fortsat et spørgsmål om debat, især fordi deres konstitution er meget lig den for lavmassestjerner. Så hvordan ved vi, om vi har at gøre med en brun dværg eller en stjerne med meget lav masse? Et internationalt hold, ledet af videnskabsmænd fra universitetet i Genève (UNIGE) og det schweiziske nationale center for kompetence inden for forskning (NCCR) PlanetS, i samarbejde med universitetet i Bern, har identificeret fem objekter, der har masser nær grænsen, der adskiller stjerner og brune dværge, som kunne hjælpe videnskabsmænd med at forstå arten af ​​disse mystiske objekter. Resultaterne kan findes i journalen Astronomi og astrofysik .

Ligesom Jupiter og andre gigantiske gasplaneter, stjerner er hovedsageligt lavet af brint og helium. Men i modsætning til gasplaneter, stjerner er så massive og deres tyngdekraft så kraftig, at brintatomer smelter sammen og producerer helium, frigiver enorme mængder energi og lys.

'Mislykkede stjerner'

Brune dværge, på den anden side, er ikke massive nok til at sammensmelte brint og kan derfor ikke producere den enorme mængde lys og varme fra stjerner. I stedet, de sammensmelter relativt små lagre af en tungere atomudgave af brint:Deuterium. Denne proces er mindre effektiv, og lyset fra brune dværge er meget svagere end fra stjerner. Dette er grunden til, at videnskabsmænd ofte omtaler dem som "mislykkede stjerner."

"Imidlertid, vi ved stadig ikke præcis, hvor massegrænserne for brune dværge ligger, grænser, der gør det muligt at skelne dem fra stjerner med lav masse, der kan forbrænde brint i mange milliarder år, hvorimod en brun dværg vil have et kort brændende stadium og derefter et koldere liv, " påpeger Nolan Grieves, en forsker ved Institut for Astronomi ved UNIGEs Naturvidenskabelige Fakultet, medlem af NCCR PlanetS og undersøgelsens første forfatter. "Disse grænser varierer afhængigt af den kemiske sammensætning af den brune dværg, for eksempel, eller måden den er dannet på, såvel som dens indledende radius, " forklarer han.

For at få en bedre idé om, hvad disse mystiske objekter er, vi skal studere eksempler i detaljer. Men det viser sig, at de er ret sjældne. "Indtil nu, vi har kun præcist karakteriseret omkring 30 brune dværge, " siger den Genève-baserede forsker. Sammenlignet med de hundredvis af planeter, som astronomer kender i detaljer, dette er meget få. Så meget desto mere, hvis man tænker på, at deres større størrelse gør brune dværge lettere at opdage end planeter.

Nye brikker i puslespillet

I dag, det internationale hold karakteriserede fem ledsagere, der oprindeligt blev identificeret med Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) som TESS-objekter af interesse (TOI) - TOI-148, TOI-587, TOI-681, TOI-746 og TOI-1213. Disse kaldes "ledsagere", fordi de kredser om deres respektive værtsstjerner. De gør det med perioder på 5 til 27 dage, har radier mellem 0,81 og 1,66 gange Jupiters, og er mellem 77 og 98 gange mere massive. Dette placerer dem på grænsen mellem brune dværge og stjerner.

Disse fem nye objekter indeholder derfor værdifuld information. "Hver ny opdagelse afslører yderligere spor om brune dværges natur og giver os en bedre forståelse af, hvordan de dannes, og hvorfor de er så sjældne, " siger Monika Lendl, en forsker i Institut for Astronomi ved UNIGE og medlem af NCCR PlanetS.

Et af de spor, forskerne fandt for at vise, at disse objekter er brune dværge, er forholdet mellem deres størrelse og alder, som forklaret af François Bouchy, professor ved UNIGE og medlem af NCCR PlanetS:"Brune dværge formodes at skrumpe over tid, når de brænder deres deuteriumreserver op og afkøles. Her fandt vi ud af, at de to ældste objekter, TOI 148 og 746, har en mindre radius, mens de to yngre ledsagere har større radier."

Alligevel er disse objekter så tæt på grænsen, at de lige så nemt kunne være stjerner med meget lav masse, og astronomer er stadig usikre på, om de er brune dværge. "Selv med disse ekstra genstande, vi mangler stadig tallene til at drage endelige konklusioner om forskellene mellem brune dværge og lavmassestjerner. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at finde ud af mere, " slutter Grieves.