Brązowy karzeł
Brązowy karzeł to obiekt, który jest zbudowany z tych samych składników co gwiazdy, ale nie ma wystarczającej masy do przeprowadzenia fuzji jądrowej (łączenia atomów wodoru w atomy helu). Fuzja jądrowa jest tym, co sprawia, że gwiazdy świecą. Brązowe karły nie są wystarczająco masywne, aby to zrobić, więc nie są zwykłymi gwiazdami. Z drugiej strony, nie są też zwykłymi olbrzymimi planetami, ponieważ świecą. Uważa się, że jest ich wiele, ale niewiele z nich zostało znalezionych, ponieważ ich absolutna wielkość jest niewielka.
Ich masa mieści się pomiędzy najcięższymi gazowymi olbrzymami a najlżejszymi gwiazdami, z górną granicą około 75-80 razy większą od masy Jowisza (MJ). Uważa się, że brązowe karły masywniejsze niż 13 MJ syntetyzują deuter, a te powyżej ~65 MJ również lit.
Pomimo swojej nazwy, większość brązowych karłów wydaje się magentyczna dla ludzkiego oka. Najbliższym znanym brązowym karłem jest WISE 1049-5319 oddalony o około 6,5 roku świetlnego, układ podwójny brązowych karłów odkryty w 2013 roku.
Mniejszym obiektem jest Gliese 229B, o masie około 20-50 razy większej od masy Jowisza, krążąca wokół gwiazdy Gliese 229. Znajduje się on w gwiazdozbiorze Lepusa, około 19 lat świetlnych od Ziemi.
Odkrycie
O tym, co stało się znane jako brązowe karły, zaczęto mówić w latach 60. Proponowano alternatywne nazwy dla brązowych karłów, w tym planetarne i podkarłowate. Pozostawały one hipotetyczne przez dziesięciolecia.
Wczesne teorie sugerowały, że obiekt o masie mniejszej niż 0,09 masy Słońca nigdy nie przejdzie normalnej ewolucji gwiazdowej. Odkrycie spalania deuteru do masy 0,012 masy Słońca oraz wpływ formowania się pyłu w chłodnych zewnętrznych atmosferach brązowych karłów w późnych latach 80-tych postawiło te teorie pod znakiem zapytania. Jednak takie obiekty były trudne do znalezienia, ponieważ prawie nie emitują światła widzialnego. Ich najsilniejsza emisja odbywa się w podczerwieni (IR), a naziemne detektory IR były wtedy zbyt niedokładne, aby łatwo zidentyfikować brązowe karły.
Przez wiele lat wysiłki zmierzające do odkrycia brązowych karłów były bezowocne. W 1988 roku odkryto jednak GD 165B, który nie wykazuje żadnych cech oczekiwanych od niskomasywnej gwiazdy typu czerwonego karła. Dziś GD 165B jest uznawana za prototyp klasy obiektów nazywanych obecnie "karłami L". Chociaż odkrycie najchłodniejszego karła było bardzo znaczące w tamtym czasie, dyskutowano czy GD 165B powinna być sklasyfikowana jako brązowy karzeł czy po prostu gwiazda o bardzo niskiej masie, ponieważ obserwacyjnie bardzo trudno jest rozróżnić te dwie kategorie.
Wkrótce po odkryciu GD 165B pojawiły się doniesienia o innych kandydatach na brązowe karły. Większość z nich jednak nie doczekała się swojej kandydatury, ponieważ brak litu świadczył o tym, że nie są to obiekty gwiazdotwórcze. Prawdziwe gwiazdy wypalą swój lit w ciągu nieco ponad 100 milionów lat (my), podczas gdy brązowe karły nie. Co ciekawe, brązowe karły mają temperatury i jasności podobne do niektórych prawdziwych gwiazd. Innymi słowy, wykrycie litu w atmosferze obiektu oznacza, że jeśli jest on starszy niż 100 mln lat, jest to brązowy karzeł.
W latach 1994/5 badania brązowych karłów zmieniły się wraz z odkryciem dwóch wyraźnych obiektów podgwiazdowych (Teide 1 i Gliese 229B).
Pierwszy potwierdzony brązowy karzeł został odkryty w 1994 roku. Obiekt ten nazwano Teide 1 i znaleziono go w gromadzie otwartej Plejady. Nature podkreśliło "Brązowe karły odkryte, oficjalnie" na pierwszej stronie tego wydania. Odległość, skład chemiczny i wiek Teide 1 został ustalony, ponieważ znajduje się on w młodej gromadzie gwiazd Plejady. Masa Teide 1 jest 55 razy większa od masy Jowisza, a więc wyraźnie poniżej granicy masy gwiazdowej.
Bardziej godna uwagi była Gliese 229B, która miała temperaturę i jasność znacznie poniżej zakresu gwiazdowego. Co niezwykłe, jej widmo w bliskiej podczerwieni wyraźnie wykazywało pasmo absorpcji metanu na wysokości 2 mikrometrów, co wcześniej obserwowano jedynie w atmosferach planet olbrzymich i księżyca Saturna - Tytana. Odkrycie to przyczyniło się do powstania kolejnej klasy widmowej, jeszcze chłodniejszej niż karły L, znanej jako "karły T", dla której Gliese 229B jest prototypem.
Brązowy karzeł o masie poniżej 65 mas Jowisza nie jest w stanie spalić litu w procesie syntezy termojądrowej w żadnym momencie swojej ewolucji. Wysokiej jakości dane spektralne wykazały, że Teide 1 zachował początkową ilość litu z pierwotnego obłoku molekularnego, z którego uformowały się gwiazdy Plejad. Udowodniło to brak fuzji termojądrowej w jego jądrze.
Teide 1 był przez pewien czas uważany za najmniejszy obiekt spoza Układu Słonecznego, który udało się zidentyfikować dzięki bezpośrednim obserwacjom. Od tego czasu zidentyfikowano ponad 1800 brązowych karłów. Niektóre z nich znajdują się bardzo blisko Ziemi, jak na przykład Epsilon Indi Ba i Bb, para brązowych karłów związanych grawitacyjnie z gwiazdą podobną do Słońca około 12 lat świetlnych od Słońca, czy WISE 1049-5319 - układ podwójny brązowych karłów oddalony o około 6,5 roku świetlnego.
Wrażenie artystyczne karła L
Wrażenie artystyczne karła T
Wrażenie artystyczne karła Y
Problemy
Od kilku lat toczy się debata na temat tego, jakiego kryterium użyć do określenia granicy pomiędzy brązowym karłem o bardzo niskiej masie a olbrzymią planetą (~13 mas Jowisza). Jedna szkoła myślenia opiera się na formacji, a inna na fizyce wnętrza.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest brązowy karzeł?
A: Brązowy karzeł to obiekt zbudowany z takich samych materiałów jak gwiazdy, ale nie posiada masy wystarczającej do syntezy wodoru, która powoduje świecenie gwiazd, czyli nie jest zwykłą gwiazdą.
P: Dlaczego brązowe karły nie są uważane za zwykłe planety olbrzymie?
O: Brązowe karły nie są uważane za zwykłe planety olbrzymie, ponieważ świecą, co nie jest cechą charakterystyczną planet olbrzymich.
P: Dlaczego trudno jest znaleźć brązowe karły?
O: Brązowe karły są trudne do znalezienia ze względu na ich małą wielkość absolutną, mimo że jest ich wiele.
P: Jaki jest zakres masy brązowego karła?
O: Masa brązowego karła waha się pomiędzy najcięższymi gazowymi olbrzymami a najlżejszymi gwiazdami, przy czym górna granica wynosi około 75-80 razy więcej niż masa Jowisza.
P: Co się dzieje, gdy brązowy karzeł ma masę powyżej 13 MJ?
O: Uważa się, że gdy brązowy karzeł stopi deuter, ma masę powyżej 13 MJ.
P: Co się dzieje, gdy brązowy karzeł ma masę powyżej ~65 MJ?
O: Uważa się, że brązowe karły, które mają masę powyżej ~65 MJ, spalają również lit.
P: Jakiego koloru jest większość brązowych karłów dla ludzkiego oka?
O: Pomimo nazwy "brązowe" karły, większość z nich wydaje się być magenta dla ludzkiego oka.
