Bruna dvärgar är astronomiska objekt med massor mellan planeternas och stjärnornas. Frågan om exakt var gränserna för deras massa ligger är fortfarande en fråga om debatt, speciellt eftersom deras konstitution är mycket lik den för lågmassastjärnor. Så hur vet vi om vi har att göra med en brun dvärg eller en stjärna med mycket låg massa? Ett internationellt team, ledd av forskare från universitetet i Genève (UNIGE) och det schweiziska nationella kompetenscentrumet för forskning (NCCR) PlanetS, i samarbete med universitetet i Bern, har identifierat fem objekt som har massor nära gränsen som skiljer stjärnor och bruna dvärgar som kan hjälpa forskare att förstå naturen hos dessa mystiska objekt. Resultaten finns i tidskriften Astronomi &Astrofysik .

Liksom Jupiter och andra gigantiska gasplaneter, stjärnor är huvudsakligen gjorda av väte och helium. Men till skillnad från gasplaneter, stjärnor är så massiva och deras gravitationskraft så kraftfull att väteatomer smälter samman för att producera helium, släpper ut enorma mängder energi och ljus.

"Failed stars"

Bruna dvärgar, å andra sidan, är inte tillräckligt massiva för att smälta samman väte och kan därför inte producera den enorma mängden ljus och värme från stjärnor. Istället, de smälter samman relativt små lager av en tyngre atomär version av väte:Deuterium. Denna process är mindre effektiv och ljuset från bruna dvärgar är mycket svagare än från stjärnor. Det är därför som forskare ofta refererar till dem som "misslyckade stjärnor".

"Dock, vi vet fortfarande inte exakt var massagränserna för bruna dvärgar ligger, gränser som gör att de kan skiljas från stjärnor med låg massa som kan bränna väte i många miljarder år, medan en brun dvärg kommer att ha ett kort brinnande skede och sedan ett kallare liv, " påpekar Nolan Grieves, en forskare vid institutionen för astronomi vid UNIGE:s naturvetenskapliga fakultet, en medlem av NCCR PlanetS och studiens första författare. "Dessa gränser varierar beroende på den bruna dvärgens kemiska sammansättning, till exempel, eller hur det bildades, såväl som dess initiala radie, " han förklarar.

För att få en bättre uppfattning om vad dessa mystiska föremål är, vi måste studera exempel i detalj. Men det visar sig att de är ganska sällsynta. "Än så länge, vi har bara exakt karakteriserat cirka 30 bruna dvärgar, " säger den Genève-baserade forskaren. Jämfört med de hundratals planeter som astronomerna känner till i detalj, detta är väldigt få. Desto mer om man betänker att deras större storlek gör bruna dvärgar lättare att upptäcka än planeter.

Nya pusselbitar

I dag, det internationella teamet karakteriserade fem följeslagare som ursprungligen identifierades med Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) som TESS-objekt av intresse (TOI) - TOI-148, TOI-587, TOI-681, TOI-746 och TOI-1213. Dessa kallas "följeslagare" eftersom de kretsar kring sina respektive värdstjärnor. De gör det med perioder på 5 till 27 dagar, har radier mellan 0,81 och 1,66 gånger Jupiters, och är mellan 77 och 98 gånger mer massiva. Detta placerar dem på gränsen mellan bruna dvärgar och stjärnor.

Dessa fem nya objekt innehåller därför värdefull information. "Varje ny upptäckt avslöjar ytterligare ledtrådar om bruna dvärgars natur och ger oss en bättre förståelse för hur de bildas och varför de är så sällsynta, säger Monika Lendl, en forskare vid institutionen för astronomi vid UNIGE och medlem av NCCR PlanetS.

En av ledtrådarna som forskarna fann för att visa att dessa föremål är bruna dvärgar är förhållandet mellan deras storlek och ålder, som förklaras av François Bouchy, professor vid UNIGE och medlem av NCCR PlanetS:"Bruna dvärgar ska krympa med tiden när de bränner upp sina deuteriumreserver och kyler ner. Här fann vi att de två äldsta föremålen, TOI 148 och 746, har en mindre radie, medan de två yngre följeslagarna har större radier."

Ändå är dessa objekt så nära gränsen att de lika gärna kan vara stjärnor med mycket låg massa, och astronomer är fortfarande osäkra på om de är bruna dvärgar. "Även med dessa ytterligare föremål, vi saknar fortfarande siffror för att dra definitiva slutsatser om skillnaderna mellan bruna dvärgar och lågmassastjärnor. Ytterligare studier behövs för att ta reda på mer, " avslutar Grieves.