Förtrollande, förbryllande bruna dvärgar är äkta “oddballs” – och deras existens i universum presenterar astronomer för ett spännande mysterium att lösa. Detta beror på att dessa stjärna “misslyckanden” utmanar den snygga skillnaden mellan sanna stjärnor och jätteplaneter. Bruna dvärgar är substellära objekt som upptar ett massintervall mellan de tyngsta gasjätteplaneterna – som vårt eget solsystems bandade behemoth Jupiter – och den lättaste av sanna stjärnor, som är röda dvärgar. Till skillnad från sanna stjärnor – som vår sol – är dessa små, små bruna dvärgar inte tillräckligt stora för att upprätthålla kärnfusion, vilket är processen som tänder en sann stjärnas eldar – och får dem att sända sitt ljus genom universum.
Ett antal vetenskapliga forskarlag webbyrå Växjö planerar att använda JWST för att utforska bruna dvärgars mystiska natur, och söka ny insikt om både stjärnbildning och naturen hos atmosfärer som utövas av avlägsna exoplaneter i omloppsbana runt stjärnor bortom vår sol. Flera team av astronomer planerar också att undersöka det grumliga territoriet, mellan sanna stjärnor och jätteplaneter, där bruna dvärgar själva finns. Tidigare arbete utfört av astronomer med hjälp av Hubble Space Telescope, Spitzer Space Telescope och ALMA har visat att bruna dvärgarkan vara så mycket som 70 gånger mer massiva än gasjättar som Jupiter – och ändå har de inte tillräcklig massa för att deras kärnor ska kunna bränna kärnbränsle och därmed utstråla stjärnljus. Även om förekomsten av dessa stjärn “misslyckanden” först föreslogs redan på 1960-talet och bekräftades 1995, finns det fortfarande ingen accepterad förklaring till hur de bildas. Föds bruna dvärgar som stjärnor, genom sammandragning av gas i ett stjärnfödande moln, eller som en planet genom ansamling av material inom en protoplanetär ansamlingsskiva? Vissa “misslyckade” stjärnor bor i närheten av en sällskapsstjärna, medan andra vandrar sin ensamma väg genom rymden.
Ett särskilt tjatande problem är att gasjättar uppvisar några av samma egenskaper som bruna dvärgar . Detta gör det naturligtvis svårt för astronomer att skilja mellan en “misslyckad” stjärna och en gasjätteplanet. Bruna dvärgar kan ibland observeras i omloppsbana runt riktiga stjärnor eller andra bruna dvärgar , och de minsta bruna dvärgarna visar storlekar som liknar Jupiters. Detta betyder att dessa små “oddballs” skulle se ut som en planet i omloppsbana runt sin moderstjärna.
Stellar “Failures”: An Iron Rain’s A Gonna Fall
Bruna dvärgar är substellära “oddballs”, som upptar massintervallet mellan de tyngsta gasjätteplaneterna och de lättaste röda dvärgarna , på cirka 13 till 80 Jupiter-massor. Dessa små substellära objekt, som inte är riktigt bruna, utan lila-rosa till färgen (magenta), kan vara helt konvektiva, inte ha några lager eller kemisk differentiering med djup.
De flesta astronomer tror att bruna dvärgar föds precis som riktiga stjärnor, inom de böljande, virvlande vecken av ett av de många gigantiska, mörka och iskalla molekylära molnen som hemsöker vår Vintergatans galax i enorma antal. Dessa enorma, vackra, spöklika moln, sammansatta av gas och damm, gnistrar av babystjärnornas nyfödda stjärnlågor. Stjärnor föds när en särskilt tät ficka, inbäddad i ett sådant molns virvlande virvlar, kollapsar under sin egen gravitations skoningslösa press – och bildar en nyfödd stjärna.
Glittrande, bländande nyfödda stjärnor – kallade protostjärnor – vaggas i den sammandragande gasklumpen i dess födelsemoln. Vid tiden för stjärnans födelse stiger temperaturen i mitten av den täta klumpen till den brännheta punkten att väteatomer börjar smälta samman för att bilda heliumatomer (stjärnnukleosyntes ) . Väte är både det lättaste och mest förekommande atomiska elementet i kosmos – och helium är det näst lättaste. Alla stjärnor består huvudsakligen av väte, och både väte och helium bildades i universums Big Bang-födelse för nästan 14 miljarder år sedan ( Big Bang-nukleosyntesen).
Men existensen av gasgigantiska planeter komplicerar frågan. I den övre delen av massintervallet – 60 till 90 Jupiter-massor – styrs volymen av en brun dvärg huvudsakligen av elektrondegenerationstryck. Detta är samma sak som det är för vita dvärgar , som är de kvarvarande kärnorna som lämnats kvar av små sanna stjärnor, som vår egen sol, efter att de har förbrukat sin nödvändiga förråd av bränsle och har “gått försiktigt in i den goda natten”. I den nedre delen av massområdet – 10 Jupiter-massor – kontrolleras volymen av en brun dvärg på samma sätt som den är för planeter. Därav problemet: radierna för bruna dvärgar varierar med bara 10-15 % över intervallet av möjliga massor för jätteplaneter.Detta gör det svårt för astronomer att skilja mellan de två olika objekten.
Dessutom upplever bruna dvärgar aldrig kärnfusion. Dessa stjärn-“misslyckanden” som upptar den nedre delen av massområdet (under 13 Jupiter-massor) blir aldrig tillräckligt varma för att ens smälta samman deuterium. För att komplicera saker och ting ytterligare, svalnar de “misslyckade” stjärnorna som upptar den övre delen av massområdet för sin lilla typ (mer än 60 Jupiter-massor) så snabbt att de efter cirka tio miljoner år inte längre kan genomgå kärnkraft . fusion. Tio miljoner år är inte lång tid för en stjärna.
Infraröd- och röntgenspektra är tecken på en brun dvärg. Några av dessa “misslyckade” stjärnor sänder ut röntgenstrålar och alla “varma” bruna dvärgar fortsätter att försiktigt lysa i de röda och infraröda elektromagnetiska spektra. Av denna anledning ger dessa “misslyckanden” sig själva till astronomer – åtminstone tills de svalnar till mer planetliknande temperaturer på under 1000 Kelvin.
Vissa gasjätteplaneter visar flera av bruna dvärgars egenskaper. Som vår sol (en gul dvärg), vårt solsystems gasjätteduo, Jupiter och Saturnus, består båda huvudsakligen av väte och helium. Saturnus är den näst största planeten i vår solfamilj, trots att den bara innehåller cirka 30 % av massan av dess större syskonvärld, Jupiter. Tre av de gigantiska gasplaneterna i vårt solsystem – Jupiter, Saturnus och Uranus – avger mycket mer värme än de får från vår sol. Hela kvartetten av gigantiska gasformiga planeter i vår solfamilj – Jupiter, Saturnus, Uranus och Neptunus – har sina egna “planetsystem”, som är sammansatta av många – mestadels – isiga – månar. Två stora månar – Ganymedes från Jupiter och Titan från Saturnus – är världar i planetstorlek som skulle kategoriseras som planeter om de kretsade runt vår sol istället för Jupiter och Saturnus. Ganymedes är den största månen i vårt solsystem, och Titan är den näst största.isjättar snarare än gasjättar. Uranus och Neptunus är mindre än gasjättens duon, och båda har större solida kärnor inkapslade under deras atmosfärer.