Hnědí trpaslíci vs. hvězdy: Co dělá hvězdu hvězdou?

V jakém okamžiku zapálí shluk plynu a změní se na hvězdu? Astronomové nyní mají odpověď na to, co dělá hvězdu a co dělá hnědého trpaslíka.

Ilustrace hnědého trpaslíka.
Douglas Pierce-Price, Společné astronomické centrum, Hawai'i

Když v noci jdete ven a díváte se na oblohu, bez ohledu na to, zda jste v jasném městě nebo v temné krajině, je toho mnohem víc, než se setká s okem. Na každých 100 hvězd, které vidíte, se astronomové domnívají, že mohou existovat desítky „sledovaných hvězd“, které se také nazývají hnědými trpaslíky.

Dělicí čára mezi hvězdami a jejich chladnějšími bratranci byla po nějakou dobu otevřenou otázkou v astronomii, zůstávají většinou v oblasti teorie a simulací. Na 230. zasedání amerického astronomického setkání v Austinu v Texasu dvojice vědců oznámila, že mají odpověď ne na základě počítačových simulací, ale na skutečných pozorováních. Studie se objeví v Astrophysical Journal Supplement Series (plný text zde).

Ačkoli jsou hnědí trpaslíci často označováni jako „hvězdné hvězdy“, název je trochu mylný: tyto objekty nebyly nikdy kritizovány, aby se na první pohled staly hvězdami. Hvězdy se rodí, když se velké kapsy plynu a prachu ochladzují a samy se zhroutí. Pokud však bude méně než kritické množství plynu a prachu, nebude výsledné tělo dostatečně horké nebo husté, aby zapálilo vodíkovou fúzi. Tito hnědí trpaslíci jsou chladnější než hvězdy s nejnižší hmotností, které známe, ale stále dost horké, aby vyzařovaly na infračervených vlnových délkách.

Dokonce i blízcí hnědí trpaslíci jsou tak slabí, až do roku 1994 nebyli objeveni jako třída, a jejich stísněnost jim ztěžuje studium. To je důvod, proč donedávna byla měřena jejich hmotnost pouze hrstka hnědých trpaslíků. Trent Dupuy (University of Texas v Austinu) a Michael Liu (University of Hawai'i) se rozhodli to změnit.

Definování Stardom

Binární obraz hnědého trpaslíka zobrazený pomocí systému adaptivní optiky Laser Guide Star (LGS) na dalekohledu Keck II.
Michael Liu / Univ. Hawai'i

Téměř před deseti lety začali Dupuy a Liu pozorovat oběžné dráhy 31 nízkohmotných binárních systémů, vše ve vzdálenosti 130 světelných let od Země. Každý pár se skládá ze dvou hnědých trpaslíků nebo hvězd s extrémně nízkou hmotností - jinými slovy objekty na obou stranách definující linie hvězdné hvězdy. Barva objektu určuje jeho třídu (hnědý trpaslík nebo bona fide hvězda).

Měřením periody a velikosti vzájemné oběžné dráhy každého páru mohli astronomové vypočítat hmotnost každého objektu. Vědci se zaměřili na systémy dostatečně blízko sebe, aby mezi lety 2008 a 2010 dokončili více než třetinu svých drah, což je požadavek na zajištění přesného měření orbitálních parametrů systémů.

Vzhledem k tomu, že trpasličí hvězdy jsou poměrně malé a slabé, využily Dupuy a Liu dva nejvýkonnější dostupné dalekohledy: pozemní observatoř Keck a kosmický dalekohled Hubble Space Telescope. Sledováním každého binárního s oběma dalekohledy přibili pozice objektu a také jejich pohyby v prostoru. Poté použili dalekohled Kanada-Francie-Havaj k fotografování se širším zorným polem, aby mohli určit těžiště, kolem kterého obíhá každý systém. Jejich konečná sada dat, vizualizovaná níže, poskytla hmotnosti pro 38 hnědých trpaslíků - zvyšující se počet hnědých trpaslíků se známými hmotami o řádovou velikost.


Tato animace ukazuje několik binárních souborů ze studia Dupuy a Liu, z nichž každá obíhá kolem svého středu hmoty (označeného „x“). Každý binární obraz je zobrazen zhruba na místě, kde se nachází na noční obloze, a jeho barva označuje povrchové teploty (od nejteplejších po nejchladnější: zlato, červená, purpurová nebo modrá). Obrázek na pozadí je mapa celé oblohy viditelné z Havaje a silueta Mauna Kea (domov Keckovy observatoře a Kanadsko-francouzsko-havajského dalekohledu, kde byla tato studie provedena v posledním desetiletí). Skutečné velikosti těchto oběžných drah na obloze jsou velmi malé (asi miliardtina plochy pokryté každým „x“), ale oběžné dráhy zobrazené v animaci jsou vůči sobě přesné. Animace je také extrémně rychle vpřed; každá sekunda odpovídá přibližně dva roky reálného času.

Na základě těchto hmot Dupuy a Liu určili, že plynná koule musí obsahovat minimálně 70krát Jupiterovu hmotu, aby zapálila jadernou fúzi a porodila hvězdu. Cokoli menšího než to vytvoří předmět osudový do stavu hnědého trpaslíka. Čím nižší byla hmota, tím nižší byla teplota objektu, a podle Dupuy a Liu byly objekty v tomto vzorku s povrchovou teplotou chladnější než asi 1600 K (2400 ° F) všechny hnědé trpaslíky.

Dupuy a Liuovo zjištění odpovídá tomu, co se očekává od teoretických modelů, a je to vzrušující příklad naší schopnosti začít pozorně zkoumat otázku, co z hvězdy dělá hvězdu.