Ούτε Αστέρι ούτε Πλανήτης:Ένας παράξενος καφέ νάνος κάνει παζλ τους αστρονόμους

Ο Dan Caselden ξύπνησε αργά στις 3 Νοεμβρίου 2018, παίζοντας το βιντεοπαιχνίδι Counter-Strike, όταν έγραψε ιστορία στην αστρονομία. Κάθε φορά που πέθαινε, πηδούσε στον φορητό υπολογιστή του για να κάνει check in σε μια αυτοματοποιημένη αναζήτηση εικόνων από διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA.

Ξαφνικά, τις πρώτες πρωινές ώρες, κάτι παράξενο εμφανίστηκε. «Ήταν πολύ μπερδεμένο», είπε ο Κάζελντεν. «Προχωρούσε πιο γρήγορα από οτιδήποτε έχω ανακαλύψει. Ήταν αχνό και γρήγορο, κάτι που το έκανε πολύ περίεργο.»

Ο Caselden έστειλε email στους αστρονόμους με τους οποίους εργαζόταν ως μέρος του έργου Backyard Worlds:Planet 9. Μόλις απέκλεισαν την πιθανότητα ότι επρόκειτο για τεχνούργημα εικόνας, συνειδητοποίησαν ότι κοιτούσαν κάτι εντελώς ασυνήθιστο, ένα εξαιρετικά αχνό αντικείμενο 50 έτη φωτός μακριά που φλέγεται μέσα από τον γαλαξία με ταχύτητα 200 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Του δόθηκε το όνομα WISE 1534-1043, αλλά λόγω των μοναδικών χαρακτηριστικών του και της τυχαίας ανακάλυψής του, σύντομα κέρδισε το παρατσούκλι «Το ατύχημα».

Οι αστρονόμοι πιστεύουν τώρα ότι ο Caselden βρήκε έναν καφέ νάνο - ένα αποτυχημένο αστέρι που δεν έχει τον απαραίτητο όγκο για να ξεκινήσει η πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα του. «Σχηματίζεται σαν αστέρι», είπε η Sarah Casewell, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Leicester στο Ηνωμένο Βασίλειο. «Ωστόσο, ποτέ δεν αποκτά αρκετή μάζα για να συντήξει υδρογόνο σε ήλιο και να αρχίσει να καίει οτιδήποτε."

Η ανακάλυψη του Ατυχήματος ανέδειξε πώς έχουμε ακόμα πολλά να μάθουμε για τους καφέ νάνους. Αυτά τα αντικείμενα κυμαίνονται σε μάζα από περίπου 13 φορές τη μάζα του Δία έως 75 φορές ή περισσότερο, αλλά ακριβώς το πού βρίσκονται αυτά τα δύο όρια είναι ένα συνεχιζόμενο δίλημμα. «Οι άνθρωποι διαφωνούν γι' αυτό στα συνέδρια όλη την ώρα», είπε η Beth Biller, αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Εδιμβούργου στο Ηνωμένο Βασίλειο, ιδιαίτερα το κατώτερο όριο. Ενώ οι 13 μάζες του Δία είναι περίπου η μάζα στην οποία μπορεί να λάβει χώρα η σύντηξη του δευτερίου - το χαρακτηριστικό που διαφοροποιεί τους καφέ νάνους από τους γίγαντες πλανήτες αερίου - το όριο μπορεί να ποικίλλει. «Δεν υπάρχει τίποτα ιδιαίτερο για τις 13 μάζες του Δία», είπε ο Μπίλερ. "Είναι εντελώς ad hoc."

Οι καφέ νάνοι ποικίλλουν επίσης πολύ σε θερμοκρασία. Τα πιο καυτά έχουν επιφανειακές θερμοκρασίες περίπου 2.000 βαθμών Κελσίου - «περίπου αυτή μιας φλόγας κεριού», είπε ο Μπίλερ. Οι πιο κρύοι είναι κάτω από 200 βαθμούς. Καθώς δεν έχουν τη δική τους πηγή θερμότητας, οι καφέ νάνοι θα κρυώσουν σταδιακά σε δισεκατομμύρια χρόνια σε αυτές τις χαμηλότερες θερμοκρασίες. (Οι υπονάνοι, που θολώνουν περαιτέρω τα όρια μεταξύ πλανητών και καφέ νάνων, μπορεί να είναι ακόμα πιο ψυχροί. Ένα αντικείμενο που ονομάζεται WISE 0855-0714 είναι κάτω από το μηδέν. «Είναι το πιο κρύο αντικείμενο που γνωρίζουμε έξω από το ηλιακό μας σύστημα», είπε ο Μπίλερ.)

Το πώς μπορεί να μοιάζει ένας καφέ νάνος από κοντά είναι επίσης ασαφές. Παρά το όνομά τους - που προτάθηκε από τον αστρονόμο Jill Tarter το 1975 - πιθανότατα δεν είναι καφέ. Είναι περισσότερο πορτοκαλί ή κόκκινο. "Καλώς ή κακώς είναι κολλημένο ως όνομα", δήλωσε ο Davy Kirkpatrick, αστρονόμος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια.

Έχουν επίσης ατμόσφαιρες, και αυτές οι ατμόσφαιρες μπορεί να εμφανίζουν κάποιου είδους καταιγίδες με λωρίδες και κηλίδες, όπως στον Δία. Πέρυσι, η Biller και οι συνεργάτες της χρησιμοποίησαν αυτές τις καταιγίδες για να μετρήσουν την ταχύτητα του ανέμου σε έναν καφέ νάνο που απέχει περίπου 34 έτη φωτός μακριά. Πρώτα παρακολούθησαν χαρακτηριστικά στην ατμόσφαιρά του να μπαίνουν και να φαίνονται καθώς περιστρέφονταν και στη συνέχεια συνέκριναν αυτή την ταχύτητα με μια μέτρηση της εσωτερικής ταχύτητας περιστροφής του αντικειμένου που προήλθε από το μαγνητικό του πεδίο. Συγκρίνοντας τις δύο τιμές, οι ερευνητές υπολόγισαν ταχύτητα ανέμου άνω των 2.300 χιλιομέτρων την ώρα — περισσότερο από πέντε φορές μεγαλύτερη από αυτή των ανέμων του Δία.

Επειδή οι καφέ νάνοι γεφυρώνουν το χάσμα μεταξύ των άστρων και των πλανητών, μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε και τα δύο. Στο ανώτερο άκρο της κλίμακας μάζας, το όριο μεταξύ των μεγαλύτερων καφέ νάνων και των μικρότερων αστεριών μπορεί να μας δώσει πληροφορίες για το πώς ξεκινά η πυρηνική σύντηξη. Ένα αντικείμενο πρέπει να φτάσει σε θερμοκρασίες περίπου 3 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου στον πυρήνα του για να ξεκινήσει η πυρηνική σύντηξη, είπε ο Nolan Grieves από το Πανεπιστήμιο της Γενεύης στην Ελβετία. αυτό πυροδοτεί μια αλυσιδωτή αντίδραση που μετατρέπει το υδρογόνο σε ήλιο. Κανείς όμως δεν είναι ακριβώς σίγουρος πόση μάζα χρειάζεται για να συμβεί αυτό και σε ποιο σημείο ένας καφέ νάνος γίνεται αστέρι. «Υπάρχουν πολλές πτυχές της αστρικής εξέλιξης για τις οποίες οι γνώσεις μας είναι ακόμα αρκετά αβέβαιες», είπε ο Μπίλερ. "Πού είναι ακριβώς αυτό το όριο σύντηξης είναι ένα από αυτά τα ερωτήματα."

Πρόσφατη εργασία με επικεφαλής τον Grieves εντόπισε πέντε καφέ νάνους μεγάλης μάζας με μάζα μεταξύ 77 και 98 φορές μεγαλύτερη από αυτή του Δία. «Βρίσκονται ακριβώς στα σύνορα όπου αρχίζει να λαμβάνει χώρα η σύντηξη υδρογόνου», είπε ο Grieves. Δεν είναι σαφές αυτή τη στιγμή, ωστόσο, σε ποια πλευρά του ορίου κάθονται πραγματικά αυτά τα πέντε αντικείμενα. "Δεν γνωρίζουμε την πραγματική φύση αυτών των αντικειμένων", είπε ο Grieves, "επειδή είναι τόσο κοντά σε αυτό το όριο."

Μερικοί καφέ νάνοι μπορεί ακόμη και να είναι τόσο αστρικοί που θα μπορούσαν να φιλοξενήσουν τους δικούς τους πλανήτες. «Γνωρίζουμε μερικά συστήματα καφέ νάνων που μοιάζουν σαν να έχουν πρωτοπλανητικούς δίσκους γύρω τους», είπε ο Kirkpatrick. «Και υπάρχουν όλες οι ενδείξεις ότι πιθανώς υπάρχουν καφέ νάνοι που έχουν τους δικούς τους εξωπλανήτες σε τροχιά γύρω τους επίσης. Ένα ιερό δισκοπότηρο είναι να βρεις έναν καφέ νάνο με έναν διερχόμενο εξωπλανήτη.»

Στο αντίθετο άκρο της κλίμακας μάζας του καφέ νάνου βρίσκεται το Ατύχημα. Είναι ένα εξαιρετικά μικρό, κρύο και αχνό αντικείμενο - «απλώς στο επίπεδο που μπορούσαμε να το εντοπίσουμε», είπε ο Kirkpatrick. Οι αστρονόμοι είναι πρόθυμοι να βρουν ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός καφέ νάνου χαμηλής μάζας και ενός γίγαντα πλανήτη αερίου υψηλής μάζας. Αυτό κάνει τους μικρούς και αχνούς καστανούς νάνους σαν το Ατύχημα χρήσιμους στόχους.

Το Ατύχημα φαίνεται επίσης να αποτελείται από κάποια περίεργα πράγματα. Καθώς το σύμπαν γερνάει, οι σουπερνόβα φτύνουν πολλά βαρύτερα στοιχεία όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο - αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν «μέταλλα». Εξαιτίας αυτού, τα παλιά αντικείμενα που σχηματίστηκαν νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος τείνουν να έχουν λίγα μέταλλα, ενώ τα νέα αντικείμενα έχουν περισσότερα. Ωστόσο, παρά το γεγονός ότι βρέθηκε στην τοπική ηλιακή γειτονιά μας - το σπίτι κυρίως νεαρών, πλούσια σε μέταλλα αστέρια - το Ατύχημα φαίνεται να είναι φτωχό σε μέταλλα. «Πιστεύουμε ότι πρόκειται πιθανώς για έναν παλαιότερο καφέ νάνο, πιθανώς έναν που δημιουργήθηκε πριν ο Γαλαξίας είχε όλο τον εμπλουτισμό μετάλλων που κάνει τώρα», είπε ο Kirkpatrick. Ο Casewell πρόσθεσε ότι πιθανότατα ήταν «ένας από τους πρώτους καφέ νάνους που σχηματίστηκαν» στον γαλαξία μας, που προέρχεται από το εξωτερικό γαλαξιακό φωτοστέφανο που περιβάλλει τον Γαλαξία μας και στη συνέχεια μεταναστεύει προς τα μέσα.

Όπως συμβαίνει με τόσα άλλα φαινόμενα στο σύμπαν μας, το εύρημα υπογραμμίζει ότι αυτά τα αινιγματικά αλλά μυστηριώδη αντικείμενα έρχονται σε όλες τις γεύσεις και η τοποθέτηση τους σε αυστηρά καθορισμένες κατηγορίες δεν είναι απλή υπόθεση. Ο Κάζελντεν, εν τω μεταξύ, ελπίζει ότι μπορεί να συνεισφέρει περισσότερο στον τομέα στο μέλλον, ίσως να επισκέπτεται παρόμοια αντικείμενα τώρα που ξέρει τι να ψάξει. «Θέλω να βρω ένα άλλο ατύχημα», είπε. "Και θέλω να μην είναι ατύχημα."

Διόρθωση: 5 Αυγούστου 2021
Μια προηγούμενη έκδοση αυτού του άρθρου ανέφερε ότι οι αστρικοί πυρήνες πρέπει να φτάσουν σε θερμοκρασίες 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου για να διατηρήσουν την πυρηνική σύντηξη. Τα εξαιρετικά χαμηλής μάζας αστέρια μπορούν να κάψουν υδρογόνο σε θερμοκρασίες έως και 3 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.