ดาวแคระน้ำตาลเย็น ดาวแคระน้ำตาล: ดาวฤกษ์หรือดาวเคราะห์? ดาวแคระน้ำตาลในระบบสุริยะ

(#ดาราศาสตร์@science_newworld)

ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ระหว่างดาวเคราะห์กับดาวฤกษ์ ดาวแคระน้ำตาลมักจะมีมวลน้อยกว่า 0.075 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ หรือประมาณ 75 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี (มวลสูงสุดนี้จะสูงกว่าเล็กน้อยสำหรับดาวฤกษ์ที่มีองค์ประกอบหนักกว่าดวงอาทิตย์จำนวนน้อยกว่า) นักดาราศาสตร์หลายคนลากเส้นแบ่งระหว่างดาวแคระน้ำตาลกับดาวเคราะห์ที่มีมวลประมาณ 13 เท่าของดาวพฤหัสบดี

ความแตกต่างระหว่างดาวแคระน้ำตาลกับดาวฤกษ์ก็คือ ดาวแคระน้ำตาลไม่สามารถบรรลุระดับความส่องสว่างที่เสถียรได้จากการหลอมรวมแสนสาหัสของไฮโดรเจนธรรมดา ซึ่งต่างจากดาวฤกษ์ตรงที่ ทั้งดาวฤกษ์และดาวแคระน้ำตาลผลิตพลังงานโดยการหลอมดิวเทอเรียม (ไอโซโทปไฮโดรเจนที่หายาก) ในช่วงสองสามล้านปีแรกของชีวิต แกนกลางของดาวฤกษ์ยังคงหดตัวและร้อนขึ้นเมื่อดาวฤกษ์หลอมรวมไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม ดาวแคระน้ำตาลหลีกเลี่ยงการบีบอัดเพิ่มเติมเนื่องจากแกนกลางของพวกมันมีความหนาแน่นเพียงพอที่จะรองรับการดำรงอยู่ของพวกมันเนื่องจากความดันการเสื่อมของอิเล็กตรอน ดาวแคระน้ำตาลเหล่านี้ซึ่งมีมวลมากกว่า 60 มวลดาวพฤหัสบดี เริ่มหลอมไฮโดรเจน แต่จากนั้นพวกมันก็จะเสถียรและการหลอมรวมก็หยุดลง

สีของดาวแคระน้ำตาลจริงๆ แล้วไม่ใช่สีน้ำตาล แต่เป็นสีแดงเข้มถึงสีม่วง ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของพวกมัน วัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 2,200 K มีแร่ธาตุอยู่ในชั้นบรรยากาศ อุณหภูมิพื้นผิวของดาวแคระน้ำตาลขึ้นอยู่กับทั้งมวลและอายุ ดาวแคระน้ำตาลที่มีอายุน้อยที่สุดและใหญ่ที่สุดมีความร้อนสูงถึง 2,800 เคลวิน โดยทับซ้อนช่วงอุณหภูมิกับดาวฤกษ์มวลต่ำมากหรือดาวแคระแดง (สำหรับการเปรียบเทียบ อุณหภูมิพื้นผิวของดวงอาทิตย์สูงถึง 5,800 เคลวิน) ในที่สุดดาวแคระน้ำตาลทุกดวงจะเย็นลงต่ำกว่าอุณหภูมิต่ำสุดสำหรับดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักที่ 1,800 เคลวิน ดาวที่เก่าแก่และเล็กที่สุดสามารถเย็นลงได้ถึง 300 เคลวิน

ดาวแคระน้ำตาลถูกกล่าวถึงครั้งแรกในปี พ.ศ. 2506 โดยนักดาราศาสตร์ชาวอินเดีย ชีฟ กุมาร์ ซึ่งเรียกพวกมันว่า "ดาวแคระดำ" จิล ทาร์เตอร์ นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันเสนอชื่อดาวแคระน้ำตาลในปี พ.ศ. 2518 แม้ว่าดาวแคระน้ำตาลจะไม่ใช่สีน้ำตาลเลย แต่ชื่อก็ยังติดอยู่เพราะคิดว่าวัตถุเหล่านี้มีฝุ่นจำนวนมาก และชื่อที่เหมาะสมกว่าคือ "ดาวแคระแดง" ก็บรรยายถึงดาวฤกษ์ประเภทอื่นไปแล้ว

ค้นหาดาวแคระน้ำตาลในช่วงทศวรรษปี 1980 และ 1990 นำไปสู่การค้นพบผู้สมัครหลายคน อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครยืนยันว่าเป็นดาวแคระน้ำตาล เพื่อแยกดาวแคระน้ำตาลออกจากดาวฤกษ์ที่มีอุณหภูมิเท่ากัน คุณจำเป็นต้องตรวจสอบว่ามีเส้นลิเธียมอยู่ในสเปกตรัมหรือไม่ (ซึ่งดาวจะถูกทำลายเมื่อเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนฟิวชัน) หรือคุณสามารถมองหาวัตถุที่จางกว่าซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าดวงดาวก็ได้ ในปี 1995 ทั้งสองวิธีก็เกิดผล นักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ค้นพบการมีอยู่ของลิเธียมในวัตถุดาวลูกไก่ดวงหนึ่ง แต่ผลลัพธ์นี้ไม่ได้รับการยอมรับจากชุมชนวิทยาศาสตร์ในทันที อย่างไรก็ตาม วัตถุนี้ได้รับการยืนยันในเวลาต่อมาว่าเป็นดาวแคระน้ำตาลดวงแรกที่พบ

นักดาราศาสตร์จากหอดูดาวพาโลมาร์และมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปกินส์ได้ค้นพบดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยซึ่งพวกเขาตั้งชื่อว่า Gliese 229B การมีอยู่ของเส้นมีเธนในสเปกตรัมแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิพื้นผิวของมันไม่เกิน 1,200 เคลวิน ความส่องสว่างที่ต่ำมากของดาวแคระน้ำตาลที่เป็นไปได้ตลอดจนอายุของดาวคู่ข้างของมัน บ่งชี้ว่ามวลของวัตถุนั้นอยู่ที่ประมาณ 50 เท่า มวลของดาวพฤหัสบดี ดังนั้น Gliese 229 B จึงกลายเป็นวัตถุแรกที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับว่าเป็นดาวแคระน้ำตาล

การสำรวจท้องฟ้าด้วยอินฟราเรดและเทคนิคอื่นๆ ได้ตรวจพบดาวแคระน้ำตาลหลายร้อยดวงแล้ว บางส่วนเป็นเพื่อนกับดวงดาว บางส่วนเป็นส่วนหนึ่งของระบบดาวคู่ของดาวแคระน้ำตาล หลายๆ ชิ้นเป็นวัตถุที่อยู่โดดเดี่ยว สันนิษฐานว่าพวกมันก่อตัวในลักษณะเดียวกับดาวฤกษ์ และจำนวนดาวแคระน้ำตาลในจักรวาลอาจมีตั้งแต่ 1 ถึง 10% ของจำนวนดาวฤกษ์

SDSS J010448.46+153501.8 (มีเครื่องหมายกากบาท) และบริเวณโดยรอบ

ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติได้สำรวจดาวแคระน้ำตาลมวลมากดวงหนึ่งด้วยการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์ใหญ่มาก (VLT) ซึ่งเป็นวัตถุที่อยู่ต่ำกว่าดาวฤกษ์ซึ่งมีมวลไม่เพียงพอสำหรับปฏิกิริยาฟิวชั่นแสนสาหัสของโปรตอน ผู้เขียนสังเกตองค์ประกอบที่ผิดปกติของดาวแคระ - ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเกือบทั้งหมด (99.99 เปอร์เซ็นต์) การค้นพบนี้ช่วยให้เราระบุได้อย่างชัดเจนว่าดาวดวงใดที่อาจก่อตัวขึ้นในเอกภพยุคแรกเริ่ม การศึกษานี้ตีพิมพ์ในวารสาร ประกาศรายเดือนของ Royal Astronomical Society

ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุประเภทพิเศษที่มีมวลมากกว่าดาวพฤหัสมาก (อย่างน้อย 13 เท่า) แต่ไม่เพียงพอที่จะรองรับการเผาไหม้แสนสาหัสของลักษณะไฮโดรเจนของดาวฤกษ์ "ขนาดใหญ่" อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาแสนสาหัสเกิดขึ้นเมื่อมีส่วนร่วมของดิวทีเรียมและนิวเคลียสลิเธียม เนื่องจากความส่องสว่างของดาวแคระน้ำตาลลดลงอย่างต่อเนื่อง จึงจัดเป็นวัตถุที่อยู่ตรงกลางระหว่างดาวก๊าซยักษ์และดาวฤกษ์ อุณหภูมิโดยทั่วไปบนพื้นผิวจะต้องไม่เกิน 2,000 เคลวิน และบางครั้งอาจมีอุณหภูมิเพียง 500-600 เคลวิน (200-300 องศาเซลเซียส)

เช่นเดียวกับดาวฤกษ์ ดาวแคระน้ำตาลก่อตัวขึ้นจากการยุบตัวของเมฆก๊าซด้วยแรงโน้มถ่วง ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าในสภาวะของจักรวาลยุคแรก การล่มสลายของก๊าซสามารถนำไปสู่วัตถุที่มีมวลประมาณหนึ่งร้อยเท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั้น - หรือที่เรียกว่าดาวฤกษ์ อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์เพิ่งตั้งสมมติฐานหลายประการว่าดาวมวลน้อยสามารถเกิดขึ้นได้อย่างไร คุณลักษณะของดาวฤกษ์ดังกล่าวคือความเป็นโลหะต่ำมาก (มีธาตุหนักกว่าฮีเลียม) ในระหว่างการสำรวจ ดาวแคระขาว-เหลืองและเหลืองที่มีมวลมากกว่าครึ่งหนึ่งของมวลดวงอาทิตย์ (500 มวลดาวพฤหัสบดี) ได้ถูกค้นพบแล้ว

ผู้เขียนงานวิจัยชี้ไปที่ตัวแทนคนแรกของดาวแคระน้ำตาลที่ไม่ใช่โลหะ SDSS J010448.46+153501.8 ซึ่งตั้งอยู่ในรัศมีของทางช้างเผือก ก่อนหน้านี้ดาวดวงนี้เป็นที่รู้จักและจัดอยู่ในประเภทดาวแคระน้ำตาลแล้ว นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าสเปกตรัมของมันค่อนข้างแตกต่างจากตัวแทนทั่วไปของคลาสนี้ และได้ทำการสังเกตการณ์โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก ซึ่งเป็นระบบของกล้องโทรทรรศน์ขนาด 8.2 เมตรสี่ตัวที่ตั้งอยู่ในชิลี

นักดาราศาสตร์เปรียบเทียบสเปกตรัม ความละเอียดสูงด้วยแบบจำลองและพบว่าดาวแคระมีค่าความเป็นโลหะต่ำมาก เศษส่วนมวลของธาตุที่หนักกว่าฮีเลียมในนั้นน้อยกว่าในดวงอาทิตย์ 250 เท่า ดาวแคระมีอายุประมาณ 1 หมื่นล้านปี และมีมวลน้อยกว่าที่จำเป็นเพียงร้อยละ 2 ก่อนเริ่มการเผาไหม้ไฮโดรเจนแสนสาหัส หรือประมาณ 90 มวลของดาวพฤหัส

ก่อนหน้านี้ นักดาราศาสตร์ในข้อมูลเคปเลอร์แสดงกิจกรรมที่ผิดปกติของดาวแคระน้ำตาลตัวหนึ่ง - ในบางครั้งมันก็ลุกเป็นไฟกลายเป็น สว่างกว่าดวงอาทิตย์- นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายพฤติกรรมนี้ได้ สิ่งที่น่าสนใจก็คือ ดาวแคระน้ำตาลบางครั้งก็มีดาวเคราะห์นอกระบบเช่นเดียวกับดาวทั่วไป มีหลายระบบที่รู้จักซึ่งมีดาวแคระน้ำตาลล้อมรอบวัตถุมวลมากหรือแม้แต่ดาวคู่ด้วยซ้ำ

วลาดิเมียร์ โคโรเลฟ

วัตถุนี้ซึ่งมีชื่อว่า UGPS 0722-05 ถูกค้นพบโดยใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด UKIRT ของอังกฤษที่หอดูดาวเมานาเคอาในฮาวาย

ดาวแคระน้ำตาลหรือ "ดาวฤกษ์ที่ล้มเหลว" ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1995 นี่คือวัตถุประเภทหนึ่งที่มีมวลน้อยกว่า 7% ของมวลดวงอาทิตย์ (ประมาณ 70 มวลของดาวพฤหัสบดี) ดาวธรรมดาซึ่งมีมวลและความหนาแน่นเพียงพอ ส่องแสงเนื่องจากปฏิกิริยาแสนสาหัสที่เกิดขึ้นในระดับความลึกของดาวฤกษ์ ซึ่งส่วนใหญ่มักจะเป็นการเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม อย่างไรก็ตาม ดาวแคระน้ำตาลมีมวลไม่เพียงพอที่จะเกิดปฏิกิริยา และค่อยๆ จางลงและเย็นลง ในหลายแง่ ดาวแคระน้ำตาลมีความคล้ายคลึงกับดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ เช่น ดาวพฤหัสและดาวเสาร์

ในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบดาวแคระน้ำตาลประมาณ 200 ดวงที่อยู่ในกลุ่มสเปกตรัม T ซึ่งก็คือสิ่งที่เรียกว่า "ดาวมีเทน" ซึ่งมีสเปกตรัมประกอบด้วยเส้นมีเทน (CH4) คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และแม้กระทั่งน้ำ อุณหภูมิพื้นผิวคือ 700-1300 เคลวิน ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กล้องโทรทรรศน์ UKIRT ได้ค้นพบดาวแคระน้ำตาลที่เย็นกว่าหลายดวง ซึ่งมีอุณหภูมิเพียง 600-800 เคลวิน

อย่างไรก็ตาม ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังประกาศการค้นพบวัตถุที่เย็นกว่าและหรี่ลง ซึ่งเย็นกว่าดวงอาทิตย์ประมาณห้าพันองศา การประมาณอุณหภูมิของเราสำหรับดาวแคระน้ำตาลที่ค้นพบ ชื่อ UGPS 0722-05 อยู่ที่ 480 ถึง 560 องศาเคลวิน (207 ถึง 287 องศาเซลเซียส) ซึ่งเย็นกว่าดาวดวงอื่นๆ ที่รู้จัก อุณหภูมิต่ำและยากจริงๆ ที่จะคาดหวังจากดาวฤกษ์ดังกล่าว ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ของวัตถุเย็น อย่างน้อยก็ในชั้นบรรยากาศของมัน แต่เราสามารถคาดหวังได้ว่าเมฆน้ำจะมีอุณหภูมิต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียส” หนึ่งในผู้เขียนผลงานนี้ เซอร์เก ยูร์เชนโก จากมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งเดรสเดน กล่าวกับ RIA Novosti

จนถึงขณะนี้ ดาวแคระน้ำตาลในสเปกตรัม T9 ถือว่าเย็นที่สุด บันทึกอุณหภูมิต่ำสุดเป็นของดาวฤกษ์ SDSS J1416+13B ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของระบบดาวคู่ SDSS J1416+13AB อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนการศึกษาเชื่อว่าดาว UGPS 0722-05 นั้นเย็นกว่าด้วยซ้ำ “เราหวังว่ามันจะกลายเป็นวัตถุแรกของสเปกตรัมสเปกตรัมประเภท T10 ใหม่ที่ยังไม่มีอยู่อย่างเป็นทางการ” Yurchenko กล่าว

นอกจากนี้ ดาวดวงนี้ยังกลายเป็นดาวแคระน้ำตาลที่อยู่โดดเดี่ยวใกล้โลกมากที่สุดซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของระบบดาวคู่ ระยะทางประมาณ 4.1 พาร์เซก (13.4 ปีแสง) จนถึงขณะนี้ มีการพบดาวแคระโดดเดี่ยวที่ระยะห่างไม่เกิน 4.9-5 พาร์เซกจากระบบสุริยะ

ยังเป็นดาราอยู่เหรอ?

ตามที่นักดาราศาสตร์กล่าวไว้ มวลของดาวแคระตกอยู่ในช่วง 5 ถึง 15 เท่าของมวลดาวพฤหัสบดี แม้ว่าดาวเคราะห์จำนวนมากที่ค้นพบรอบดาวฤกษ์อื่นจะมีมวลที่มากกว่ามวลของดาวพฤหัสบดีถึง 18-20 เท่าก็ตาม จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ขีดจำกัดมวลล่างของดาวฤกษ์คือ 70 มวลดาวพฤหัสบดี อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า "สถานะดาว" ของวัตถุทางดาราศาสตร์ควรถูกกำหนดโดยอิงจากมวลของมันไม่มากเท่ากับประวัติศาสตร์ของมัน

“คำถามที่ว่าวัตถุนี้ถือเป็นดาวฤกษ์ได้มากน้อยเพียงใดนั้นค่อนข้างเป็นแนวคิด เนื่องจากเกณฑ์ของ “ดารา” สามารถเลือกได้ไม่เฉพาะจากคุณลักษณะของอุณหภูมิหรือมวลเท่านั้น แต่ยังเลือกจากต้นกำเนิดของวัตถุด้วย เชื่อกันว่าดาวแคระน้ำตาล ก่อตัวในลักษณะเดียวกับดาวฤกษ์ปกติ จากนั้นก็เกิดการยุบตัวของเมฆโมเลกุลด้วยแรงโน้มถ่วง” ยูร์เชนโกกล่าว

“ในกรณีของคนแคระ “ของเรา” ทุกอย่างมีแนวโน้มที่จะบ่งชี้สัญญาณของดาวฤกษ์มากกว่าดาวเคราะห์ เป็นไปได้ว่าปฏิกิริยาแสนสาหัส (เช่น มีดิวเทอเรียมมีส่วนร่วม) หยุดไปนานแล้วเมื่อดาวเย็นลง และก็มี ไม่มีทางเลือกนอกจากทำให้เย็นลงกว่าเดิม” เขากล่าวเสริม

นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าการประมาณขนาดของดาวแคระเข้ากันได้ดีกับลำดับการประมาณค่าที่สอดคล้องกันของดาวแคระมีเทนอื่นๆ (สเปกตรัมประเภท T6.5 - T9)

แม้จะมีชื่อ ดาวแคระน้ำตาลก็ไม่ใช่สีน้ำตาลทั้งหมด วัตถุเหล่านี้มีมวลมากกว่ามวล 12 เท่า และพวกมันสามารถเข้าถึงมวลครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ได้ พวกมันเปล่งแสงออกมาเอง แต่มักจะไม่มากนัก ที่ใหญ่ที่สุดและอายุน้อยที่สุดจะค่อนข้างร้อนและปล่อยแสงและความร้อนออกมามาก จากระยะไกล วัตถุเหล่านี้แยกไม่ออกจากญาติดาวของมัน - ดาวแคระแดง ในทางกลับกันที่เล็กที่สุดและเก่าแก่ที่สุดแทบจะมองไม่เห็น พวกมันเปล่งแสงเฉพาะในส่วนอินฟราเรดของสเปกตรัมเท่านั้น

ดาวแคระน้ำตาล— พลังงานมาจากไหน?

โดยเฉลี่ยแล้ว ดาวแคระน้ำตาลโดยเฉลี่ยจะเรืองแสงสลัวๆ เฉดสีม่วง- สิ่งนี้ทำให้วัตถุเหล่านี้ค่อนข้างน่าสนใจในกลุ่มวัตถุในจักรวาล

แต่ดาวแคระน้ำตาลไม่เหมือนกับดาวฤกษ์ตรงที่ดาวแคระน้ำตาลไม่ได้เรืองแสงจากความร้อนของปฏิกิริยาแสนสาหัสที่ลุกลามในส่วนลึก แสงและความร้อนของพวกมันเป็นเพียงพลังงานที่เหลืออยู่จากการก่อตัวดั้งเดิม วัตถุเหล่านี้เกิดจากเมฆก๊าซและฝุ่นที่ถล่มลงมา เช่นเดียวกับดวงดาว มีเพียงพวกมันเท่านั้นที่เล็กกว่า การยุบตัวของแรงโน้มถ่วงปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา แต่พลังงานกลับเข้าไปในวัตถุที่ตกลงมาและถูกขังอยู่ภายในเป็นเวลาหลายสิบล้านปี และตอนนี้เธอก็จากไปอย่างช้าๆ สู่อวกาศในรูปของแสงอันอบอุ่น

เมื่อความร้อนนี้หลุดออกไป ดาวแคระน้ำตาลก็ยังคงสลัวต่อไป มันเปลี่ยนจากสีแดงสดเป็นวัตถุที่มีจุดสีม่วง ซึ่งมองเห็นได้เฉพาะในอินฟราเรดเท่านั้น ยิ่งวัตถุดังกล่าวมีมวลมากตั้งแต่แรกเกิด ก็สามารถกักเก็บความร้อนได้มากขึ้นเท่านั้น และยิ่งเขาสามารถเลียนแบบดาราจริงได้อีกต่อไป แต่ชะตากรรมสุดท้ายจะเหมือนกันสำหรับดาวแคระน้ำตาลทุกดวง โดยไม่คำนึงถึงบรรพบุรุษของมัน

ฮีเลียม - 3

ดาวแคระน้ำตาลอาจถูกจัดประเภทเป็นเพียงดาวแคระน้ำตาลชนิดแปลกๆ ที่มีขนาดใหญ่มาก ท้ายที่สุดแล้ว ดาวเคราะห์ก็เย็นลงอย่างต่อเนื่องเมื่ออายุมากขึ้น และไม่มีแหล่งพลังงานใหม่ที่จะทำให้พวกมันอบอุ่นได้นานนับพันล้านหรือล้านล้านปี

แต่ดาวแคระน้ำตาลส่วนใหญ่เล่นเกมพิเศษ ต้องใช้เกณฑ์มวลที่แน่นอน (ประมาณ 80 เท่าของดาวพฤหัส) ถึงอุณหภูมิและความกดดันมหาศาลในแกนกลางของวัตถุซึ่งจำเป็นต่อการหลอมไฮโดรเจนให้เป็นฮีเลียม นี่คือสิ่งที่จำเป็นสำหรับวัตถุอวกาศในการพิจารณาว่าตัวเองเป็นดาวฤกษ์ แต่มีเกณฑ์ที่ต่ำกว่ามากประมาณ 13 เท่าของมวลดาวพฤหัส ซึ่งสามารถเกิดการฟิวชันแบบอื่นได้

ในสภาพแวดล้อมที่เย็นกว่ามาก ดิวเทอเรียม (ซึ่งเป็นโปรตอนหนึ่งตัวและนิวตรอนหนึ่งตัวที่เกาะติดกันในนิวเคลียส) สามารถชนโปรตอนอิสระได้ ปฏิกิริยานี้จะเปลี่ยนดิวทีเรียมเป็นฮีเลียม-3 และปล่อยพลังงานบางส่วนออกมา ดาวธรรมดาจะเข้าสู่ระยะการเผาไหม้ดิวเทอเรียมช่วงสั้นๆ หลังจากนั้นจึงร้อนเพียงพอ แต่ดาวแคระน้ำตาลสามารถคงกระบวนการนี้ไว้ได้ค่อนข้างนาน แต่พวกเขาไม่เคยเปลี่ยนมาใช้ฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสเต็มรูปแบบ

ทุกอย่างรวดเร็วมาก

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้คงอยู่ตลอดไป ดาวแคระน้ำตาลที่ใหญ่ที่สุดใช้ดิวเทอเรียมจนหมดภายในไม่กี่ล้านปี เหตุผลก็คือร่างกายดังกล่าวไม่ได้แบ่งออกเป็นชั้นๆ

ดาวฤกษ์อย่าง มีแกนกลางหนาแน่นซึ่งประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม มันถูกล้อมรอบด้วยชั้นของพลาสมาซึ่งมีพลังงานการแผ่รังสีครอบงำ และชั้นนี้ล้อมรอบด้วย "ซุปเดือด" แต่ดาวฤกษ์ที่เล็กที่สุดและดาวแคระน้ำตาลไม่มีแกนกลางเช่นนี้ มีเปลือกหมุนเวียนเพียงเปลือกเดียวที่ยื่นจากพื้นผิวไปยังศูนย์กลาง สามารถขนส่งวัสดุเข้าและออกได้ จากบริเวณด้านในสุดไปจนถึงพื้นผิวของวัตถุและด้านหลัง

ดังนั้นดิวทีเรียมใดๆ ที่ดาวแคระน้ำตาลมีอยู่ก็จะถูกดึงเข้าสู่ใจกลางของมัน ซึ่งจะกลายเป็นฮีเลียม-3 (ในวัตถุที่มีชั้น ดิวทีเรียมบางส่วนอาจยังคงอยู่ในบางแห่งโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง)

เกิดอะไรขึ้นกับดาวแคระน้ำตาลตัวเล็ก? พวกมันจะค่อยๆเย็นลง อุณหภูมิภายในต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดเพื่อรักษาปฏิกิริยา พวกมันไม่มีพลังงานของปฏิกิริยาดิวเทอเรียม

การปรับขนาด

ดาวแคระน้ำตาลเกิดเป็นดาวฤกษ์ ปล่อยความร้อนออกมาระยะหนึ่ง และบางครั้งก็สังเคราะห์องค์ประกอบในส่วนลึกของมันด้วยซ้ำ มีเหตุผลอะไรที่จะเรียกพวกเขาว่าดารา?

ดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุขนาดเล็ก เล็กมากสำหรับดาว แน่นอนว่าวัตถุเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสบดี แต่จนถึงขณะนี้ มีการค้นพบวัตถุจำนวนมากที่มีขนาดใหญ่กว่าดาวพฤหัสในอวกาศแล้ว ดาวแคระแดงมีขนาดไม่ใหญ่กว่าดาวยักษ์ทั่วไปมากนัก

ดาวมีลักษณะพิเศษประการหนึ่งคือปฏิกิริยาฟิวชันแสนสาหัสที่เกิดขึ้นในแกนกลางของพวกมัน พลังงานที่ปล่อยออกมาจะแข่งขันกับแรงโน้มถ่วงภายในอย่างต่อเนื่อง โดยพยายามขยายชั้นนอกของดาวฤกษ์

แต่อย่างที่เราทราบ ดาวแคระน้ำตาลไม่มีคุณสมบัติดังกล่าว และต่างจากดาวเคราะห์ตรงที่พวกมันไม่มีแกนหินหรือเปลือกน้ำแข็ง สิ่งที่พวกเขาเหลือคือพลังควอนตัมที่แปลกใหม่ที่เรียกว่าแรงกดดันจากความเสื่อม จะกำหนดจำนวนอนุภาคที่สามารถใส่ได้ในปริมาตรหนึ่ง ดาวแคระน้ำตาลได้รับการสนับสนุนโดยแรงกดดันจากความเสื่อม ดังนั้นจึงมีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับมวลของมัน

เส้นแบ่งระหว่างดาวเคราะห์ใหญ่และดาวดวงเล็กไม่ได้มีแค่ความพร่ามัวเท่านั้น มีคลาสของวัตถุที่แยกจากกันโดยสิ้นเชิง พวกมันมีคุณสมบัติของทั้งดาวเคราะห์และดวงดาวไปพร้อม ๆ กัน แต่ในขณะเดียวกันพวกเขาก็ไม่ใช่ใครคนใดคนหนึ่ง

เราสามารถพูดได้ว่าดาวแคระน้ำตาลเป็นวัยรุ่นของอาณาจักรซีเลสเชียล

ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ตั้งสมมติฐานความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของวัตถุสมมุติที่เป็นมวลดาวฤกษ์ซึ่งไม่สามารถจำแนกได้เป็นประเภทใดๆ ที่รู้จัก

ในวรรณคดีเรียกว่าดาวแคระดำ น้ำตาล หรือน้ำตาล ชื่อหลังนี้ค่อยๆ แพร่หลายและกลายมาเป็นชื่อทางการ เป็นเวลานานแล้วที่การพูดคุยทั้งหมดเกี่ยวกับพวกมันเป็นเพียงเชิงทฤษฎีเท่านั้น จนกระทั่งในที่สุดในปี 1995 การค้นพบที่ได้รับการยืนยันครั้งแรกก็เกิดขึ้น การเริ่มใช้งานกล้องโทรทรรศน์อวกาศมีส่วนทำให้เกิดการค้นพบใหม่ๆ และในขณะนี้ จำนวนวัตถุที่ค้นพบมีเกินร้อยและยังคงเติบโตอย่างรวดเร็ว

ดาวแคระน้ำตาลไม่สามารถจัดเป็นดาวฤกษ์มวลต่ำได้ เนื่องจากภายในของพวกมันไม่สนับสนุนปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เสถียร ซึ่งจะทำให้พื้นผิวร้อนไม่เพียงพอและอุณหภูมิต่ำ ในทางกลับกัน พวกมันมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะจัดเป็นดาวเคราะห์ธรรมดาได้ เทห์ฟากฟ้าส่วนใหญ่มีมวลดาวพฤหัสบดีตั้งแต่ 13 ถึง 75 มวล ซึ่งทำให้พวกมันอยู่ในตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างดวงดาวและดาวเคราะห์

นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตเห็นคุณลักษณะสำคัญที่มีอยู่ในวัตถุดาวฤกษ์ทั้งหมดและช่วยในการระบุวัตถุเหล่านั้นด้วยความแม่นยำสูง นั่นก็คือการมีอยู่ของลิเธียมในสเปกตรัมการแผ่รังสี ในดาวฤกษ์ที่เต็มเปี่ยม ปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันจะเผาผลาญธาตุแสงนี้จนหมด ในขณะที่ดาวแคระน้ำตาลจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

อุณหภูมิพื้นผิวมักจะอยู่ระหว่าง 700 ถึง 2,000K ซึ่งเมื่อพิจารณาจากระยะทางที่ไกลมาก ทำให้ยากต่อการค้นหาในช่วงแสง วิธีแก้ปัญหาคือการสังเกตในสเปกตรัมอินฟราเรดซึ่งมีความสว่างสูงสุด เป็นที่น่าสังเกตว่า ไม่เหมือนกับดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักที่ดึงพลังงานหลักตลอดการดำรงอยู่ของมันจากการหลอมรวมภายใน ดาวแคระน้ำตาลจะได้รับความร้อนตั้งแต่แรกเกิดเท่านั้น

หลังจากนั้น ตลอดชีวิต ดาวแคระจะค่อยๆ เย็นลง และแผ่ความร้อนออกไปในอวกาศโดยรอบ ยิ่งมวลเริ่มแรกสะสมในช่วงเวลาที่เกิดนิวเคลียสมากเท่าไร กระบวนการทำความเย็นก็จะยิ่งช้าลงเท่านั้น

จนถึงขณะนี้ ดาวแคระน้ำตาลที่ใกล้ที่สุดถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2549 ด้วยกล้องโทรทรรศน์คู่ขนาด 8 เมตรของหอดูดาวยุโรปในชิลี การวัดแสดงให้เห็นระยะทางที่ต่ำเป็นประวัติการณ์ - ห่างออกไปเพียง 12 ปีแสง! วัตถุโคจรรอบดาวสลัวที่ระยะห่างเพียง 3 AU จ. การวิเคราะห์สเปกตรัมเผยให้เห็นว่ามีเทนอยู่ในบรรยากาศจำนวนมากซึ่งเกิดขึ้นได้เนื่องจากอุณหภูมิต่ำ

ดาวแคระที่ถูกค้นพบจำนวนมากทำให้สามารถจำแนกสเปกตรัมของพวกมันออกเป็นประเภทหลักๆ ได้หลายประเภท ได้แก่ L, T และ Y อัตราส่วนของมวลเริ่มต้นต่ออุณหภูมิปัจจุบันมีความสัมพันธ์โดยตรงกับสมาชิกภาพ วัตถุที่มีมวลมากที่สุดพร้อมค่าพารามิเตอร์จะเข้ามาใกล้กับดาวแคระแดงแสงระดับสเปกตรัม M มาก จากนั้นเมื่อมันเย็นตัวลง พวกมันจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นประเภท L เป็นต้น ล่าสุดมีการค้นพบวัตถุที่มีความเย็นจัดซึ่งมีอุณหภูมิไม่เกิน 400 องศาเซลเซียส สันนิษฐานว่าอาจมีดาวแคระน้ำตาลที่เย็นจนแทบมองไม่เห็นจำนวนมากในดาราจักร ซึ่งอาจเป็นสาเหตุของการไม่มีมวลที่ซ่อนอยู่ในจักรวาล

วัตถุที่อยู่ต่ำกว่าดาวฤกษ์ทำให้นักดาราศาสตร์ต้องเผชิญกับความท้าทายต่างๆ มากมาย ปรากฎว่าบรรยากาศเย็นของดาวฤกษ์ที่ล้มเหลวนั้นค่อนข้างสังเกตได้ยาก การปรากฏตัวในชั้นบรรยากาศ ปริมาณมากฝุ่นก่อให้เกิดปัญหาที่ยาก เนื่องจากการแขวนลอยของอนุภาคที่สะสมไม่เพียงแต่แทนที่องค์ประกอบขององค์ประกอบปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังรบกวนการแลกเปลี่ยนความร้อนโดยตรงอีกด้วย ซึ่งทำให้การวิเคราะห์ที่แม่นยำซับซ้อนยิ่งขึ้น

การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์โดยคำนึงถึงฝุ่นแขวนลอยคาดการณ์ว่าจะเกิดภาวะเรือนกระจกอันทรงพลัง เนื่องจากการดูดซับรังสีที่ปล่อยออกมา ชั้นบนของบรรยากาศจึงได้รับความร้อน และหลังจากการควบแน่น ฝุ่นละอองก็เริ่มจมลง บางทีกลไกนี้อาจส่งผลต่อการก่อตัวของเมฆหนาทึบ ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดพายุไซโคลนที่ทรงพลังอย่างยิ่ง พายุที่คล้ายกันสามารถสังเกตได้จากตัวอย่างของดาวพฤหัสบดี - จุดแดงใหญ่เป็นพายุไซโคลนที่มีอายุยืนยาวซึ่งสังเกตได้เป็นเวลาสามศตวรรษ

ในตอนแรกทฤษฎีนี้ไม่พบความเข้าใจในแวดวงวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อสามปีที่แล้ว แนวคิดนี้ได้รับการฟื้นคืนขึ้นมาในระดับจักรวาล ขณะนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าการยุบตัวด้วยความโน้มถ่วงด้วยความเร่งของก๊าซระหว่างดาวที่มีปริมาณฝุ่นต่ำภายใต้เงื่อนไขบางประการ สามารถสร้างคลื่นกระแทกที่โฟกัสตัวเองซึ่งก่อให้เกิดความร้อนเฉพาะที่อย่างรวดเร็วของตัวกลางในเขตการชนของหน้าคลื่น

วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์ตีพิมพ์บทความที่แสดงให้เห็นว่ากลไกนี้สามารถให้พลังงานได้มากถึง 400–500,000 เคลวินในส่วนลึกของวัตถุขนาดเล็ก ซึ่งเพียงพอที่จะกระตุ้นปฏิกิริยาฟิวชันนิวเคลียร์แสนสาหัสในช่วงสั้นๆ ได้ หากคำอธิบายนี้ได้รับการยืนยันจากแหล่งข้อมูลอิสระอื่นๆ การมีอยู่ของดาวแคระเย็นจัดก็จะกลายเป็นข้อเท็จจริงที่แน่ชัด