Webbteleskopet fann en mycket liten brun dvärg

 

Bruna dvärgar är stjärnobjekt som har en massa mindre än de lättaste stjärnorna och större än de tyngsta gasjättarna. Massan är för låg för att kärnreaktioner av väte i dess inre skall kunna komma igång och en stjärna bildas. De kallas misslyckade stjärnor (misslyckade stjärnbildningar som varken är stjärnor eller gasjättar).

Vilka är de minsta stjärnorna? Det är vad vi försöker svara på, skriver Kevin Luhman, huvudförfattare till en ny studie vid Pennsylvania State University.

I sökandet efter bruna dvärgar valde Luhman och hans kollega, Catarina Alves de Oliveira, att studera stjärnhopen IC 348, som finns cirka 1 000 ljusår bort i rikting mot en stjärnhop där stjärnor bildas just nu och som finns i riktning mot stjärnbilden Perseus. Denna hop är bara cirka 5 miljoner år gammal. Det innebär att alla bruna dvärgar här fortfarande borde vara relativt ljusstarka och ses i infrarött ljus och glöda genom värmen från dess bildande och här borde det finnas små stjärnor.

Teamet avbildade först mitten av hopen med hjälp av Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) för att söka efter bruna dvärgkandidater utifrån deras ljusstyrka och färger. De följde sedan upp de mest lovande målen med hjälp av Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) microshutter array.

Webbs infraröda känslighet gjorde det möjligt för teamet att upptäcka mer svaglysande objekt än man kan göra från markbaserade teleskop. Dessutom gjorde Webbs skarpa instrument det möjligt att avgöra vilka röda objekt man såg som var bruna dvärgar och vilka som var sken från bakgrundsgalaxer.

Denna rensningsprocess ledde till tre spännande objekt som vägde tre till åtta Jupitermassor med yttemperatur från 830 till 1 500 grader Celsius. Den minsta av dessa väger bara tre till fyra gånger Jupiter enligt data.

Att förklara hur en så liten brun dvärg kan ha bildats är teoretiskt utmanande. Ett tungt och tätt gasmoln har tillräckligt med gravitation för att kollapsa och bilda en stjärna. Men på grund av dess svagare gravitation borde det vara svårare för ett litet moln att kollapsa för att bilda en brun dvärg och det gäller särskilt till bruna dvärgar med massa som en jätteplanet.

Det är ganska lätt i nuvarande teori att förstå hur jätteplaneter skapas i en damm- och gasskiva runt en stjärna, beskriver Catarina Alves de Oliveira vid ESA (European Space Agency) huvudforskare för observationsprogrammet. Men i den här hopen är det osannolikt att det här objektet bildades i en skiva blev en stjärna. Tre Jupitermassor är 300 gånger mindre än vår sols massa. Så vi måste fråga oss, hur fungerar stjärnbildningsprocessen vid så små massor?

Förutom att ge ledtrådar om stjärnbildningsprocessen kan små bruna dvärgar även hjälpa astronomer att bättre förstå exoplaneter. De minst massiva bruna dvärgarna överlappar de största exoplaneterna. Därför kan de förväntas ha liknande egenskaper. En fritt svävande brun dvärg är dock lättare att studera än en gigantisk exoplanet eftersom den senare är gömd i skenet från sin sol.

Två av de bruna dvärgar som identifierats i denna kartläggning visar den spektrala signaturen av ett oidentifierat kolväte eller molekyl som innehåller både väte- och kolatomer. Samma infraröda signatur upptäcktes även av NASA:s Cassinisond från Saturnus måne Titans atmosfär. Kolvätet har också setts från gas mellan stjärnor.

Det här är första gången vi har upptäckt den här molekylen i atmosfären i ett objekt utanför vårt solsystem, förklarar Alves de Oliveira. Modeller för bruna dvärgatmosfärer förutsäger att det finns här. Men här ser vi på objekt med lägre åldrar och lägre massa än vi någonsin gjort tidigare och vi ser något nytt och oväntat.

Eftersom objekten ligger väl inom massan hos jätteplaneter väcker det frågan om de verkligen är bruna dvärgar eller om de är fria planeter som kastats ut från planetsystem och svävar ensamma i rymden. Även om teamet inte kan utesluta det senare hävdar de att det är mycket mer sannolikt att det är en brun dvärg än en utkastad planet. 

En utkastad jätteplanet är osannolik av två skäl. För det första är sådana planeter ovanliga. För det andra är stjärnor med låg massa och jätteplaneter sällsynta bland platser där stjärnor just nu bildas. Som ett resultat av detta är det osannolikt att de flesta av stjärnorna i stjärnhopen IC 348 (som är stjärnor med låg massa) är kapabla att producera så massiva planeter och kasta ut dem ur sin bana. Då hopen bara är 5 miljoner år gammal, har det förmodligen inte funnits tillräckligt med tid för jätteplaneter att bildas och sedan kastas ut ur sina system.

Bild vikipedia.