W kosmosie może skrywać się cała populacja nieznanych dotąd gwiazd

We Wszechświecie znajdują się naprawdę przeróżne gwiazdy. Naukowcy opracowali cały system, który pozwala klasyfikować je zgodnie z ich temperaturą, rozmiarem i jasnością. Wygląda jednak na to, że wciąż nie wiemy na ich temat wszystkiego, co pokazał niedawno odkryty obiekt. Obecnie nazywany jest on „Przypadek”.

Sędziwy brązowy karzeł

„Przypadek”, to brązowy karzeł, czyli obiekt gwiazdopodobny o masie zbyt małej, by mogły zachodzić w nim reakcje przemiany wodoru w hel. Dlatego też brązowe karły potocznie określa się mianem „niewypałów”, „superplanet” lub „nieudanych gwiazd”. „Przypadek” jest jednak niepodobny do jakiegokolwiek innego poznanego dotąd brązowego karła. To sugeruje, że może on być niemal tak stary jak Wszechświat.

Wszystkie brązowe karły odkryte wcześniej są znacznie, znacznie młodsze, co oznacza, że może istnieć cała populacja nieznanych jeszcze, bardzo starych brązowych karłów. Tych astronomowie póki co po prostu nie zauważyli, ponieważ nie wyglądają tak, jak by się spodziewali.

Gwiazdy niewypały

Brązowe karły to coś pomiędzy najbardziej masywnymi planetami a najmniejszymi gwiazdami. Powstają one tak jak gwiazdy i pokazują, co dzieje się, jeśli obiekt nie uzbiera masy wystarczającej, by zainicjować fuzję wodoru w jądrze. W przeciwieństwie do planet są one jednak wystarczająco masywne, by jakaś fuzja w nich zachodziła – fuzja deuteru, czyli tak zwanego „ciężkiego” wodoru. Deuter to izotop wodoru zawierający proton i neutron w jądrze zamiast pojedynczego protonu. Temperatura i ciśnienie potrzebne do zajścia jego fuzji są niższe w przypadku wodoru.

Brązowe karły są większe i masywniejsze od planet, ale mniejsze, mniej masywne i chłodniejsze od typowych gwiazd. | Źródło: NASA/JPL-Caltech

W związku powyższym brązowe karły są znacznie mniejsze, chłodniejsze i ciemniejsze niż większość gwiazd. Osiągają one masy od 13 do 80 mas Jowisza, a wraz z wiekiem ochładzają się. Naukowcy mają zatem całkiem niezłe pojęcie o tym, jak powinien wyglądać brązowy karzeł. Astronomowie poszukują ich w oparciu o ten zestaw cech.

Jak dotąd w Drodze Mlecznej znaleziono około 200 brązowych karłów. „Przypadek”, którego prawdziwa nazwa to WISEA J153429.75-104303.3, nie został wychwycony w przeglądach nieba poświęconych brązowych karłów, bowiem nie prezentuje się jak typowy brązowy karzeł.

Kosmiczny przypadek

WISEA J153429.75-104303.3 został wykryty przez teleskop kosmiczny NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) pracujący w zakresie podczerwieni. Jak sugeruje jego nieoficjalna nazwa, stało się to zupełnie przypadkiem.

„Przypadek” to naprawdę przedziwny obiekt. Niektóre części jego widma świadczą o tym, iż jest on bardzo chłodny – jego temperatura jest niższa niż temperatura wrzenia wody. To wskazuje z kolei na fakt, iż jest on bardzo stary. Inne części widma są z tym sprzeczne – wskazują na wyższą temperaturę.

„Przypadek”, czyli brązowy karzeł WISEA J153429.75-104303.3 zarejestrowany na zdjęciach. | Źródło: NASA/JPL-Caltech/Dan Caselden

By rozwiązać zagadkę „Przypadku”, astronomowie postanowili przyjrzeć mu się w innym zakresie długości fal podczerwonych, ponieważ światło podczerwone ujawnia promieniowanie cieplne. Z pomocą wykorzystanego w tym celu naziemnego Obserwatorium W.M. Kecka tego obiektu jednak w ogóle nie zauważono. Zatem, „Przypadek” może być faktycznie bardzo chłodny.

Istotną wskazówką okazała się odległość WISEA J153429.75-104303.3 od Układu Słonecznego. Gdyby znajdowałby się on bardzo daleko, nikogo nie dziwiłby fakt, dlaczego świeci on tak słabo. Tymczasem okazało się, że „Przypadek” położony jest w skali kosmosu dość blisko – 53 lata świetlne stąd.

Co dziwne, „Przypadek” bardzo szybko przemieszcza się przez naszą galaktykę, z prędkością około 207,4 kilometrów na sekundę. To o ponad 25 procent szybciej niż jakakolwiek inna gwiazda tego rodzaju. Prędkość ta jest kolejnym elementem świadczącym o tym, iż omawiany obiekt jest wyjątkowo stary.

Wszechświat ma około 13,8 miliarda lat. Zgodnie z obliczeniami „Przypadek” może mieć zaś od 10 do 13 miliardów lat. Pozostałe znane brązowe karły są średnio dwa razy młodsze.

Obiekty zapewne nie tak wyjątkowe, jak sądzono

„Niespodzianką nie było to, że znaleźliśmy tak starego brązowego karła, ale to, że znaleźliśmy go na naszym podwórku.”, powiedział astrofizyk Federico Marocco z Caltechu. „Spodziewaliśmy się, że tak stare brązowe karły istnieją, ale spodziewaliśmy się też, że są bardzo rzadkie. To, że znaleźliśmy jednego tak blisko Układu Słonecznego oznacza, że albo mieliśmy do czynienia ze szczęśliwym wypadkiem, albo tak stare brązowe karły wcale nie są takie rzadkie.”

Wiek „Przypadku” sugeruje, że jego skład także może różnić się od składu innych brązowych karłów. Potwierdza to zresztą jego widmo. Wynika to z faktu, że zakres pierwiastków dostępnych we wczesnym Wszechświecie był znacznie mniejszy. Tuż po Wielkim Wybuchu większość materii stanowiły wodór i hel. Potrzeba było kilku generacji gwiazd, aby w kosmosie rozpowszechniły się inne pierwiastki.

Cóż, astronomom nie pozostaje teraz nic innego, jak szukać we Wszechświecie kolejnych starych brązowych karłów. Poszukiwania te mają szansę potwierdzić, czy rzeczywiście jest ich tak dużo, jak od teraz się podejrzewa.

Źródło: NASA, fot. tyt. NASA/JPL-Caltech/UCLA