Czym jest brązowy karzeł?
Brązowy karzeł to obiekt gwiazdopodobny, który na etapie ewolucji nie zebrał wystarczającej masy, by zaszła w nim reakcja termojądrowa i – tym samym – stać się pełnoprawną gwiazdą. Jego masa nigdy nie przekracza 8% masy Słońca lub 80 mas Jowisza, która jest wartością uznawaną za minimalną do tego, żeby obiekt mógł przekształcić się w gwiazdę.
Pierwszego takiego karła odkryto dopiero w 1995 roku, dlatego nie są jeszcze dobrze poznane. Dotychczas odkryto ich kilkaset, choć szacuje się, że w Drodze Mlecznej znajduje się do 100 miliardów brązowych karłów.
Główną trudnością w obserwacji jest fakt, że nie wytwarzają światła w paśmie widzialnym – emitują jedynie promieniowanie cieplne z zakresu podczerwieni i mikrofal, które z kolei są blokowane przez atmosferę ziemską. Kolejną trudnością są ograniczenia współczesnej techniki, która nie jest w stanie wykryć samotnych obiektów o masach mniejszych niż kilkanaście mas Jowisza. Zadanie ułatwiają jedynie układy podwójne lub wielokrotne.
Jak powstają brązowe karły?
Proces powstawania brązowych karłów nie jest jeszcze dobrze poznany ze względu na trudności obserwacyjne i fakt, że odkryto je dopiero pod koniec XX wieku. Wiele wskazuje jednak na to, że jest on podobny do procesu tworzenia się gwiazd na etapie protogwiazdy i powstają w obłokach gazowo-pyłowych.
W wyniku kolapsu, czyli zapadania grawitacyjnego w jednym punkcie zaczyna się gromadzić materia, kurcząc się, na skutek czego rośnie jego masa i temperatura. Taki stan może trwać miliony lat a efekt końcowy zależny jest od tego ile materii nagromadzi się w protogwieździe. Jeśli osiągnie minimum 8% masy naszego Słońca, to rozpocznie się reakcja termojądrowa a protogwiazda stanie się gwiazdą ciągu głównego (jest to najdłuższy etap życia gwiazdy trwający od 70 do 90% czasu jej życia od momentu wytworzenia aż do śmierci).
Jeśli warunek ten nie zostanie spełniony, to obiekt zamieni się w Brązowego Karła, który wytwarza pewną ilość energii, ale zbyt małą żeby promieniował. Teorię tę zdają się potwierdzać obserwacje prowadzone w dalekiej podczerwieni. Wskazują one na istnienie brązowych karłów właśnie w obłokach, czyli w obszarach, w których zachodzą procesy gwiazdotwórcze.
Istnieją jednak teorie, które mówią, że brązowe karły nie są nieudanymi gwiazdami, lecz ogromnymi planetami. Można się zatem spotkać z potocznymi określeniami typu „niewypał” bądź „superplaneta”. W rzeczywistości brązowy karzeł może być bowiem zaledwie 13-krotnie większy od Jowisza, piątej planety naszego układu słonecznego, jednak będzie od niego wielokrotnie cięższy.
Brązowe karły blisko Ziemi
Najbliższe Ziemi brązowe karły znajdują się w układzie podwójnym Luhman 16 (WISE 1049-5319) położonym w gwiazdozbiorze Żagla widocznym z południowej półkuli i oddalonym około 6,5 roku świetlnego. Jest to jednocześnie najbliższy nam układ gwiezdny (tj. składający się z gwiazd krążących wokół siebie powiązanych wzajemnym przyciąganiem grawitacyjnym). Nieco dalej, bo 7,2 roku świetlnego znajduje się brązowy karzeł WISE 0855-0714, który jest bardzo ciekawy ze względu na temperaturę wynoszącą od −48 do −13 stopni Celsjusza.
To wartości bliższe naszym ziemskim niż obiektowi gwiazdopodobnemu, dlatego czasem klasyfikuje się go jako brązowy podkarzeł lub samotna planeta. Bliżej od tych obiektów znajduje się tylko gwiazda potrójna alfa Centauri i Gwiazda Barnarda. Z punktu widzenia Wszechświata wszystkie wymienione są od nas o rzut beretem (odległość między Ziemią a granicą widzialnego Wszechświata wynosi 46 miliardów lat świetlnych), jednakże musimy pamiętać, że jednostka roku świetlnego oznacza, że światło potrzebuje roku na pokonanie takiego dystansu. Z ziemskiego punktu widzenia są to zatem odległości niemożliwe do pokonania.
Nieco dalej, ale wciąż bliskie Słońcu są również brązowe karły WISE J0254+0223 znajdujące się 15 lat świetlnych bądź Gliese 229B, który jest pierwszym w historii odkrytym Brązowym Karłem (18 lat świetlnych). Na uwagę zasługuje również 2MASS 2139 położony 47 lat Świetlnych od Słońca, który wykazuje największe zmiany jasności dochodzące w ciągu 8-godzinnej obserwacji nawet do 30%. Zjawisko to nie zostało jeszcze wyjaśnione, ale możliwe, że jest to efekt zmian pogodowych na jego powierzchni – brązowe karły mogą bowiem posiadać własną atmosferę i chmury z burzami podobnymi do tych, jakie obserwujemy na Jowiszu.
Najdalszym zarejestrowanym brązowym karłem jest MOA-2007-BLG-192L znajdujący się 3000 lat świetlnych od nas. Jego masa stanowi 6% masy Słońca, a więc nieco mu brakło do tego, by móc przekształcić się w gwiazdę. Mimo to, pewnym jest, że krąży wokół niego przynajmniej jedna planeta odkryta w 2008 roku przy współudziale uczonych z Polski.
Brązowy karzeł: ciekawostki
Brązowe karły to prawdziwi samotnicy we Wszechświecie. O ile gwiazdy ciągu głównego mają w swoim sąsiedztwie często inne gwiazdy bądź planety, o tyle brązowe karły zwykle krążą po orbitach odległych od głównego składnika (nawet w odległości 100 lat świetlnych). Układów gwiezdnych z brązowym karłem na orbicie jest bardzo mało i zjawisko to nazywa się „pustynią brązowych karłów”.
Co ciekawe, choć brązowe karły uważane są za niedoszłe gwiazdy, to mogą posiadać pewne cechy planetarne, jak atmosfera z własną pogodą. Obserwacje z teleskopów kosmicznych Hubble’a i Spitzera wykazały częste, bo zachodzące nawet co 90 minut (w przypadku karła 2MASS J22282889-431026) zmiany jasności. Przypuszczalnie jest to efekt ruchu obrotowego, który ukazuje lub chowa ogromne systemy chmur podobnych do tych, obserwowanych na Jowiszu.