کشف رمز و راز کوتوله‌های قهوه‌ای

این تصویر هنری پنج کوتوله قهوه‌ای کشف شده با ماهواره تس را نشان می‌دهد. این اجرام همگی در مدار نزدیک 5 تا 27 روز (حداقل 3 برابر بیشتر از عطارد به خورشید نزدیک هستند) در اطراف ستارگان میزبان بسیار بزرگتر خود قرار دارند. اعتبار: CC BY -NC -SA 4.0 – Thibaut Roger – UNIGE

کوتوله‌های قهوه‌ای اجرامی نجومی هستند که جرمی بین جرم سیارات و ستارگان دارند. این سوال که دقیقاً محدوده جرم آنها کجاست، خود بحث دارد، به ویژه اینکه ساختار آنها بسیار شبیه ستارگان کم جرم است. بنابراین چگونه می‌توانیم بفهمیم که با کوتوله قهوه‌ای سروکار داریم یا با ستاره‌ای با جرم بسیار کم؟ یک تیم بین‌المللی به سرپرستی دانشمندان دانشگاه ژنو (UNIGE) و مرکز ملی صلاحیت تحقیقات سوئیس NCCR) PlanetS)، با همکاری دانشگاه برن، پنج شی را شناسایی کرده‌اند که جرم آنها مرز ستاره‌ها و کوتوله‌های قهوه‌ای را مشخص می‌کند که می‌تواند به دانشمندان در درک ماهیت این اجسام مرموز کمک کند.

مانند مشتری و دیگر سیارات غول‌پیکر گازی، ستارگان عمدتاً از هیدروژن و هلیوم ساخته شده‌اند. اما برخلاف سیاره‌های گازی، ستارگان آنقدر پرجرم هستند و نیروی گرانشی آنها آنقدر قوی است که اتمهای هیدروژن با هم ترکیب شده و هلیوم تولید می‌کنند و مقدار زیادی انرژی و نور آزاد می‌کنند.

از طرف دیگر کوتوله‌های قهوه‌ای آنقدر جرم ندارند که بتوانند هیدروژن را به هم متصل کنند و بنابراین نمی‌توانند مقدار عظیمی نور و گرمایی مثل ستارگان را تولید کنند. در عوض، آنها ذخایر نسبتاً کوچکی از نسخه اتمی سنگین‌تر هیدروژن را ترکیب می‌کنند: دوتریوم. این فرایند کارآیی کمتری دارد و نور کوتوله‌های قهوه ای بسیار ضعیف‌تر از نور ستارگان است. به همین دلیل است که دانشمندان اغلب از آنها به عنوان “ستاره‌های شکست خورده” یاد می‌کنند.

نولان گریوز، محقق در گروه نجوم در دانشکده علوم UNIGE، عضو NCCR PlanetS و اولین نویسنده این مطالعه اشاره می‌کند: “با این حال، ما هنوز دقیقاً نمی‌دانیم محدوده جرم کوتوله‌های قهوه‌ای کجاست، محدودیتهایی که به آنها اجازه می‌دهد از ستارگان کم جرم متمایز شوند که می‌توانند بیلیون‌ها سال هیدروژن بسوزانند، در حالی که کوتوله قهوه‌ای مرحله سوخت کوتاه و سپس زندگی سردتری خواهد داشت، “. وی توضیح می‌دهد: “این محدودیتها بسته به ترکیب شیمیایی کوتوله قهوه‌ای، به عنوان مثال، نحوه شکل‌گیری آن و همچنین شعاع اولیه آن متفاوت است.”

برای درک بهتر این که این اجسام مرموز چیستند، باید نمونه‌ها را به طور مفصل مطالعه کنیم. اما معلوم می‌شود که آنها بسیار نادر هستند. این محقق ژنو می‌گوید: “ما تا کنون فقط حدود 30 کوتوله قهوه‌ای را به طور دقیق مشخص کرده‌ایم.” در مقایسه با صدها سیاره‌ای که ستاره‌شناسان با جزئیات می‌شناسند، این تعداد بسیار اندک است.

قطعات جدید پازل

تیم بین‌المللی پنج شی را که توسط تس شناسایی شده بودند، با نام (TOI) معرفی کرد-TOI-148 ، TOI-587 ، TOI-681 ، TOI-746 و TOI-1213. اینها “همدم” نامیده می‌شوند زیرا به دور ستاره‌های میزبان خود می‌چرخند. آنها این کار را با دوره‌های 5 تا 27 روز انجام می‌دهند، شعاع آنها بین 0.81 تا 1.66 برابر مشتری است و جرم آنها بین 77 تا 98 برابر آن است. این امر آنها را در مرز بین کوتوله‌های قهوه‌ای و ستاره‌ها قرار می‌دهد.

بنابراین این پنج شی جدید حاوی اطلاعات ارزشمندی است. مونیکا لندل، محقق بخش نجوم در UNIGE و عضو این سازمان می‌گوید: “هر کشف جدید سرنخهای بیشتری در مورد ماهیت کوتوله‌های قهوه‌ای آشکار می‌کند و درک بهتری از نحوه شکل‌گیری و نادر بودن آنها ارائه می‌دهد.”

منبع:

Unraveling the mystery of brown dwarfs

by University of Geneva

https://phys.org/news/2021-08-unraveling-mystery-brown-dwarfs.html