Jak wygląda najmniejsza gwiazda? Na to pytanie wbrew pozorom trudno jest odpowiedzieć. Gwiazdy spędzają większość swojego życia na spalaniu w jądrze wodoru – są wtedy gwiazdami ciągu głównego. Im niżej zejdziemy na wykresie Hertzsprunga-Russella, tym gwiazdy tam umieszczone stają się ciemniejsze, zimniejsze i mniej masywne. Jednakże ustalenie cech charakterystycznych (masy, promienia, temperatury oraz mocy promieniowania) dla najmniejszej gwiazdy jest nie lada wyzwaniem z co najmniej trzech znaczących powodów.

Artykuł napisała Bernadetta Fryczkowska.

Po pierwsze, takie gwiazdy są niesamowicie ciemne: nawet najjaśniejsza gwiazda o małej masie wypromieniowuje zaledwie kilka procent światła produkowanego przez Słońce. Po drugie, ich atmosfera jest bardzo zimna, przez co wiele różnych typów cząsteczek może w niej przetrwać. Związki te powodują znaczne zmiany w spektrum gwiazdy, co sprawia, że jest je trudniej odczytać niż spektra dużych gwiazd. Ponadto, najmniejsze gwiazdy posiadają jasność i kolor podobne do największych tzw. “nieudanych gwiazd”, nazywanych brązowymi karłami.

Brązowe karły to lekkie obiekty, zazwyczaj o masie nie większej niż 8% masy Słońca. Nie są wystarczająco ciężkie, aby osiągnąć dostatecznie wysoką temperaturę i ciśnienie wewnątrz jądra potrzebne do przeprowadzania procesów termojądrowych (fuzji).

Porównanie wielkości Słońca, małej gwiazdy ciągu głównego, brązowego karła, Jowisza i Ziemi.

Przy obiektach o temperaturze ok. 2000K (jedna trzecia temperatury Słońca) odróżnienie gwiazdy od brązowego karła jest niezwykle trudne. Wyniki badań niedawno opublikowane na łamach Astronomical Journal wydają się ostatecznie wyznaczać granicę pomiędzy “udanymi” a “nieudanymi” gwiazdami.

Sergio Dieterich (Uniwersytet Stanowy w Georgii) i jego współpracownicy zgromadzili bogate dane na temat 63 podobnych do siebie lekkich gwiazd i brązowych karłów. Zespół dokładnie zmierzył odległość do każdego z obiektów wraz z ich barwą w zakresie fal optycznych i podczerwonych. Po połączeniu odległości, koloru i jasności w każdym z filtrów, byli oni w stanie oszacować temperaturę, promień i jasność każdego z obiektów. Zrobili to porównując otrzymane rezultaty badań do najnowszych modeli gwiazd ciągu głównego. Astronomowie zweryfikowali swoją metodę poprzez porównanie otrzymanych wyników z kilkoma promieniami zmierzonymi za pomocą tzw. interferometrii wielkobazowej. Technika ta pozwala astronomom na powiązanie ze sobą obserwacji z różnych teleskopów, co umożliwia osiągnięcie pomiarów o wysokiej rozdzielczości.

Promień gwiazdy (albo brązowego karła) jest związany z jej jasnością i temperaturą powierzchni. Zespół Dietericha zbadał związki pomiędzy promieniem a jasnością oraz promieniem a temperaturą, szukając luki w rozmiarach, która oddzieliłaby najmniejsze gwiazdy od największych brązowych karłów. Astronomowie oczekują, że ta luka występuje, ponieważ pomimo tego, że promienie obu typów obiektów są powiązane z ich jasnością i temperaturą, to są one powiązane w przeciwstawne sposoby. Jeśli zwiększymy masę gwiazdy to wzrośnie jej rozmiar, natomiast brązowy karzeł zmaleje.

Poszukiwanie luki zakończyło się sukcesem. “Zaobserwowaliśmy zmniejszanie się promienia wraz ze spadkiem temperatury, co jest przewidywaną właściwością gwiazd. Proces ten występował aż do temperatury 2100K” – mówił Dieterich. “Później nastąpiła przerwa bez żadnych obiektów i nagle zaczęły pojawiać się ciała, które przy wzroście długości promienia zmniejszały temperaturę. To były brązowe karły“.

Możemy teraz wskazać temperaturę (2100K), promień (8,7% promienia Słońca) oraz jasność (jedna ośmiotysięczna jasności Słońca) i powiedzieć: tutaj kończy się ciąg główny” – dodaje współautor odkrycia Todd Henry. “Potrafimy także zidentyfikować poszczególne obiekty (z użyciem oznaczenia 2MASS J0523-1403) jako przedstawicieli najmniejszych gwiazd“.

Gwiazdy i brązowe karły na diagramie

Diagram przedstawia zależność pomiędzy rozmiarem (w porównaniu do Słońca) i temperaturą (w Kelwinach) dla gwiazd i brązowych karłów. Tak jak podejrzewali astronomowie, istnieje duża luka tam, gdzie się kończą gwiazdy, a zaczynają brązowe karły.

Ustalenie granicy pomiędzy brązowymi karłami a gwiazdami jest ciekawe nie tylko dla ludzi zajmujących się badaniem takich obiektów. Ważne jest również w poszukiwaniach egzoplanet. Mało masywne gwiazdy coraz częściej stają się celami badań nad planetami. Są najbardziej powszechne, długo żyją oraz posiadają ekosfery bliżej siebie niż większe gwiazdy. Ponieważ brązowe karły z wiekiem stygną, byłyby kiepskimi gospodarzami dla planet. Wyobraźcie sobie co by się stało na Ziemi, gdyby Słońce stawało się o 20% zimniejsze w ciągu każdych 100 milionów lat! Łowcy planet mogą używać nowych wyników, aby odrzucić wszelkie brązowe karły udające małe gwiazdy. Ograniczą w ten sposób swoje badania jedynie do systemów planetarnych, które mogłyby istnieć miliardy lat.

Publikację opisującą badania można znaleźć na arXiv.

Autor

Redakcja AstroNETu
Redakcja AstroNETu