Smeđe patuljke ponekad nazivaju neuspelim zvezdama, jer se formiraju kao zvezde gravitacionim kolapsom, ali nikada ne dobijaju dovoljno mase da zapale nuklearnu fuziju. Najmanji smeđi patuljci mogu se u masi preklapati sa džinovskim planetama. U potrazi za najmanjim smeđim patuljkom, astronomi pomoću NASA/ESA/CSA svemirskog teleskopa Džejms Veb pronašli su novog rekordera: objekat koji teži samo tri do četiri puta mase Jupitera.
Smeđi patuljci su objekti koji se nalaze na liniji podele između zvezda i planeta. Formiraju se poput zvezda, postaju dovoljno gusti da se sruše pod sopstvenom gravitacijom, ali nikada ne postanu dovoljno guste i vruće da počnu da spajaju vodonik i pretvore se u zvezdu. Na donjem kraju skale, neki smeđi patuljci su uporedivi sa džinovskim planetama, koji teže samo nekoliko puta veću od mase Jupitera.
Astronomi pokušavaju da odrede najmanji objekat koji se može formirati kao zvezda. Međunarodni tim koji koristi NASA/ESA/CSA svemirski teleskop Džejms Veb identifikovao je novog rekordera: malog, slobodno plutajućeg smeđeg patuljka sa samo tri do četiri puta većom masom od Jupitera.
„Jedno osnovno pitanje koje ćete naći u svakom udžbeniku astronomije je, koje su najmanje zvezde? To je ono na šta mi pokušavamo da odgovorimo“, objasnio je glavni autor Kevin Luman sa Univerziteta Pensilvanije.
Da bi locirali ovog novopronađenog smeđeg patuljka, Luhman i njegova koleginica, Katarina Alves de Oliveira, odlučili su da prouče zvezdano jato IC 348, koje se nalazi na oko 1000 svetlosnih godina daleko u regionu Perseja za formiranje zvezda. Ovo jato je mlado, staro samo oko pet miliona godina. Kao rezultat toga, svi smeđi patuljci bi i dalje bili relativno svetli u infracrvenom svetlu, sijajući od toplote njihovog formiranja.
Tim je prvo snimio centar klastera koristeći Vebov NIRCam (Near-Infrared Camera) da identifikuje kandidate za smeđe patuljke prema njihovoj svetlosti i bojama. Pratili su najperspektivnije mete koristeći Vebov NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) niz mikrozatvarača.
Vebova infracrvena osetljivost je bila ključna, omogućavajući timu da otkrije slabije objekte od zemaljskih teleskopa. Pored toga, Vebov oštar vid im je omogućio da odrede koji crveni objekti su tačni smeđi patuljci, a koji su galaksije u pozadini.
Ovaj proces vejanja doveo je do tri intrigantne mete teške tri do osam masa Jupitera, sa površinskim temperaturama u rasponu od 830 do 1500 stepeni Celzijusa. Najmanji od njih teži samo tri do četiri puta Jupitera, prema kompjuterskim modelima.
Objasniti kako bi se mogao formirati tako mali smeđi patuljak je teoretski izazov. Težak i gust oblak gasa ima dosta gravitacije da se sruši i formira zvezdu. Međutim, zbog svoje slabije gravitacije, malom oblaku bi trebalo biti teže da se sruši i formira smeđe patuljke, a to posebno važi za smeđe patuljke sa masama džinovskih planeta.
„Sadašnjim modelima je prilično lako da naprave džinovske planete u disku oko zvezde“, rekla je Katarina Alves de Oliveira iz ESA, glavni istraživač u programu posmatranja. „Ali u ovom jatu, malo je verovatno da se ovaj objekat formirao u disku, umesto da se formira kao zvezda, a tri mase Jupitera su 300 puta manje od našeg Sunca. Dakle, moramo da se zapitamo kako proces formiranja zvezda funkcioniše na tako veoma, veoma male mase?“
Osim što daju naznake o procesu formiranja zvezda, sićušni smeđi patuljci takođe mogu pomoći astronomima da bolje razumeju egzoplanete. Najmanje masivni smeđi patuljci se preklapaju sa najvećim egzoplanetama; stoga bi se očekivalo da imaju neka slična svojstva. Međutim, slobodno lebdeći smeđi patuljak je lakši za proučavanje nego džinovska egzoplaneta jer je ova druga skrivena u odsjaju zvezde domaćina.
Dva smeđa patuljka identifikovana u ovom istraživanju pokazuju spektralni potpis neidentifikovanog ugljovodonika, molekula koji sadrži i atome vodonika i ugljenika. Isti infracrveni potpis je otkrila NASA-ina misija Kasini u atmosferama Saturna i njegovog meseca Titana. Takođe je viđen u međuzvezdanom medijumu, gasu između zvezda.
„Ovo je prvi put da smo otkrili ovaj molekul u atmosferi objekta izvan našeg solarnog sistema“, objasnio je Alves de Oliveira. „Modeli atmosfere smeđih patuljaka ne predviđaju njegovo postojanje. Gledamo objekte mlađe starosti i manje mase nego što smo ikada ranije imali, i vidimo nešto novo i neočekivano.“
Pošto se objekti nalaze u dometu mase džinovskih planeta, postavlja se pitanje da li su to zaista smeđi patuljci ili, u stvari, planete odmetnice koje su izbačene iz planetarnih sistema. Iako tim ne može da isključi ovo drugo, oni tvrde da je mnogo veća verovatnoća da su smeđi patuljci nego izbačene planete.
Izbačena džinovska planeta je malo verovatna iz dva razloga. Prvo, takve planete su generalno neuobičajene u poređenju sa planetama sa manjim masama. Drugo, većina zvezda su zvezde male mase, a džinovske planete su posebno retke među tim zvezdama. Kao rezultat toga, malo je verovatno da je većina zvezda u IC 348 (koje su zvezde male mase) sposobna da proizvede tako masivne planete. Pored toga, pošto je jato staro samo pet miliona godina, verovatno nije bilo dovoljno vremena da se džinovske planete formiraju i potom izbace iz svojih sistema.
Otkrivanje više takvih objekata će pomoći da se razjasni njihov status. Teorije sugerišu da je veća verovatnoća da će se planete lutalice naći na periferiji zvezdanog jata, tako da proširenje oblasti pretrage može da ih identifikuje ako postoje unutar IC 348.
Budući rad može uključivati i duža istraživanja koja mogu otkriti slabije, manje objekte. Očekivalo se da će kratko istraživanje koje je sproveo tim otkriti objekte manje od duplo veće mase Jupitera. Duža istraživanja bi lako mogla da dosegnu jednu Jupiterovu masu.
Ova zapažanja su uzeta kao deo programa za posmatranje garantovanog vremena #1229. Rezultati su objavljeni u časopisu The Astronomical Journal.
