A barna törpéket néha bukott vagy félbemaradt csillagoknak is nevezik, mivel a csillagokhoz hasonlóan alakulnak ki, de nem érik el azt tömeget, hogy a nukleáris fúzió elinduljon bennük. A legkisebb barna törpék tömegüket tekintve hasonlóak az óriásbolygókhoz. Most a James Webb-űrteleszkóp egy új rekorderre talált, amely mindössze három-négyszer akkora tömegű, mint a Jupiter.

A barna törpék olyan objektumok, amelyek a csillagok és a bolygók közötti határon húzódnak. A csillagokhoz hasonlóan alakulnak ki, elég sűrűvé válnak ahhoz, hogy saját gravitációjuk hatására összeomoljanak, de soha nem válnak elég sűrűvé és forróvá ahhoz, hogy a hidrogén fúziója héliummá elkezdődjön bennük, és csillaggá alakuljanak. A skála alsó végén található néhány barna törpe az óriásbolygókhoz hasonló, tömegük mindössze néhányszor akkora, mint a Jupiter tömege.

Számos csillagász dolgozik azon, hogy meghatározza, hogy mekkora a legkisebb objektum, amely csillagként keletkezhet. A NASA James Webb-űrteleszkópját használó kutatócsoport azonosította az új rekordert: egy apró, kóbor barna törpét, amelynek tömege mindössze három-négyszerese a Jupiterének.

„Az egyik alapvető kérdés, amelyet minden csillagászati tankönyvben megtalálhatunk, hogy mik a legkisebb csillagok? Erre próbálunk választ adni” – magyarázta Kevin Luhman (Pennsylvania State University), a nemrég megjelent szakcikk vezető szerzője.

Az újonnan felfedezett barna törpe megtalálásához Luhman és kollégája, Catarina Alves de Oliveira az IC 348 csillaghalmaz tanulmányozását választotta, amely kb. 1000 fényévnyire található a Perseus csillagkeletkezési régióban. Ez a halmaz fiatal, mindössze 5 millió éves. Ennek eredményeképpen a barna törpék infravörös fényben továbbra is viszonylag fényesek kell, hogy legyenek, mivel a keletkezésük hőjétől ragyognak.

A csapat először a Webb NIRCam (Near-Infrared Camera) segítségével örökítette meg a barnatörpe-jelölteket. A legígéretesebb célpontokat követték nyomon a Webb NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) műszer segítségével.

Webb infravörös érzékenysége kulcsfontosságú volt, lehetővé téve a kutatócsoport számára a földi távcsövekkel elérhetőknél halványabb objektumok észlelését, az éleslátása pedig azt, hogy meghatározzák, mely vörös objektumok a barna törpék, és melyek a háttérgalaxisok.

Ez a szelektálási folyamat három érdekes célponthoz vezetett, amelyek 3-8 jupitertömegűek, felszíni hőmérsékletük pedig 830-1500 Celsius-fok közé esik. A számítógépes modellek szerint ezek közül a legkisebb a Jupiter tömegének három-négyszerese.

A James Webb NIRCam (közeli infravörös kamera) műszerének képe az IC 348 csillaghalmaz központi részét mutatja. A vizsgált három barna törpe a fő képen be van karikázva, és a jobb oldalon látható kis képeken láthatók. A képen látható finom foszlányok a csillagközi anyag, amely visszaveri a halmaz csillagairól érkező fényt, ezeket pedig reflexiós ködöknek hívják. A kép közepén látható fényes csillag valójában egy kettős rendszer, amelyet B színképtípusú csillagpár alkot a halmaz legnagyobb tömegű csillagaiként. Valószínűleg ezeknek a csillagoknak a szele segítheti a nagy kép jobb oldalán látható feltűnő hurok kialakítását.

Nehéz elméleti magyarázatot adni arra, hogy hogyan keletkezhetett egy ilyen kis barna törpe. Egy nagy tömegű és sűrű gázfelhőnek igen erős a saját gravitációja ahhoz, hogy összeomoljon és csillagot alkosson. Azonban egy kis felhő a gyengébb gravitációja miatt nehezebben omlik össze, hogy barna törpét képezzen, és ez különösen igaz a nagybolygó-tömegű barna törpékre.

„A jelenlegi modellek számára meglehetősen egyszerű óriási bolygókat készíteni egy csillag körüli korongban” – mondta Catarina Alves de Oliveira, az ESA (Európai Űrügynökség) munkatársa, a megfigyelési program vezető kutatója. „Ebben a halmazban azonban nem valószínű, hogy ez az objektum egy korongban alakult ki, hanem csillagként jött létre, és három jupitertömeg az 300-szor kisebb a Napunk tömegénél. Így tehát fel kell tennünk magunknak a kérdést, hogyan működik a csillagkeletkezési folyamat ilyen nagyon-nagyon kis tömegeknél?”

Az apró barna törpék nem csak a csillagkeletkezési folyamatok, hanem az exobolygók megértésében is segíthetik a csillagászokat. A legkisebb tömegű barna törpék tömege átfedésben van a legnagyobb exobolygókával, ezért várhatóan hasonló tulajdonságok jellemzik mindkét égitestfajtát. Egy kóbor barna törpét azonban könnyebb tanulmányozni, mint egy óriási exobolygót, mivel az utóbbi gazdacsillagának fényében rejtőzik.

Az ebben a felmérésben azonosított barna törpék közül kettőnek a színképe is azonosítatlan szénhidrogén vagy molekula jeleit mutatja, amely hidrogén- és szénatomot is tartalmaz. Ugyanezt az infravörös jelet észlelte a NASA Cassini űrszondája is a Szaturnusz és holdja, a Titan légkörében. Látták a csillagközi anyagban, illetve a csillagok közötti gázban is.

„Ez az első alkalom, hogy ezt a molekulát a Naprendszerünkön kívüli objektum légkörében észleltük” – magyarázta Alves de Oliveira. „A barna törpék légkörére vonatkozó modellek nem jósolják meg a létezését. Minden eddiginél fiatalabb és kisebb tömegű objektumokat nézünk, és valami újat és váratlant látunk.”

Mivel az objektumok jóval az óriásbolygók tömegtartományán belül vannak, felveti a kérdést, hogy valójában barna törpékről van-e szó vagy pedig kóbor bolygókról, amelyek bolygórendszerekből lökődtek ki. Bár a csapat nem zárhatja ki az utóbbit, azzal érvelnek, hogy sokkal valószínűbb, hogy egy barna törpe, mint egy kilökött bolygó.

A kilökődött óriásbolygó két okból is valószínűtlen. Egyrészt, az ilyen bolygók általában ritkák a kisebb tömegű bolygókhoz képest. Másrészt, a legtöbb csillag kis tömegű csillag, és az óriásbolygók különösen ritkák e csillagok között. Ennek eredményeként nem valószínű, hogy az IC 348 csillagainak többsége (amelyek kis tömegű csillagok) képes lenne ilyen hatalmas bolygókat létrehozni. Ráadásul, mivel a halmaz mindössze 5 millió éves, valószínűleg nem volt elég idő az óriásbolygók kialakulására, majd kilökődésére rendszerükből.

Több ilyen objektum felfedezése segíthet tisztázni az állapotukat. Az elméletek azt sugallják, hogy a kóbor bolygók nagyobb valószínűséggel találhatók egy csillaghalmaz külterületén, így a keresési tartomány kiterjesztésével többet azonosíthatnak, ha léteznek az IC 348-on belül.

A jövőbeni munka kiterjedhet hosszabb felmérésekre is, amelyek során halványabb, kisebb objektumokat is észlelhetnek. A csapat által végzett rövid felmérés a Jupiter tömegének kétszeresénél kisebb objektumok észlelését várta. Hosszabb felmérésekkel könnyen elérhetnék az akár egy jupitertömeget is.

Forrás: Webb Space Telescope