Zdjęcia z teleskopu Hubble’a pokazują, że starzejące się brązowe karły czują się samotne

Brązowe karły to obiekty międzygwiezdne, które są większe od Jowisza, ale mniejsze od gwiazd o najniższej masie. Rodzą się jak gwiazdy – z obłoku gazu i pyłu, który się zapada – ale nie mają wystarczającej masy, aby podtrzymać fuzję wodoru jak normalna gwiazda.

Astronomowie korzystający z Hubble’a potwierdzają, że bardzo rzadko zdarza się, aby mroźne brązowe karły o najniższej masie miały towarzyszy. Teleskop Hubble’a może wykryć układy binarne położone nawet 300 milionów mil od siebie, czyli w przybliżeniu tyle, ile dzieli nasze Słońce od pasa asteroid. Nie znaleziono jednak żadnych par binarnych wśród brązowych karłów w sąsiedztwie Układu Słonecznego. To oznacza, że pary binarne karłów są tak słabo połączone grawitacyjnie, że oddalają się one od siebie na przestrzeni kilkuset milionów lat z powodu przyciągania mijających je gwiazd.

„Nasze pomiary potwierdzają, że bardzo rzadko zdarza się, aby mroźne brązowe karły o najniższej masie miały szeroko odseparowanych towarzyszy, mimo że widuje się binarne brązowe karły w młodszym wieku. Sugeruje to, że takie układy nie są trwałe” – powiedziała główna badaczka Clémence Fontanive z Instytutu Badań nad Egzoplanetami Trottier na Uniwersytecie Montrealskim w Kanadzie.

W podobnym pomiarze przeprowadzonym przez Fontanive kilka lat temu Hubble zbadał niezwykle młode brązowe karły i niektóre z nich miały binarnych towarzyszy, co potwierdza tezę, że procesy gwiazdotwórcze produkują pary binarne wśród brązowych karłów o niskiej masie. Brak binarnych towarzyszy wśród starszych brązowych karłów sugeruje, że niektóre z nich były najpierw układami binarnymi, zanim się rozeszły.

Nowe odkrycia Hubble’a opublikowane w „The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” dodatkowo potwierdzają teorię, że brązowe karły rodzą się w ten sam sposób co gwiazdy – poprzez grawitacyjne zapadanie się chmury wodoru cząsteczkowego. Różnica polega na tym, że, w przeciwieństwie do gwiazd, brązowe karły nie mają wystarczająco masy, aby podtrzymać fuzję jądrową wodoru w celu wytworzenia energii. Ponad połowa gwiazd w naszej galaktyce ma gwiazdę towarzyszącą, która powstała w wyniku tych procesów twórczych, przy czym gwiazdy o większej masie są częściej spotykane w układach binarnych. „Motywacją do przeprowadzenia tego badania było sprawdzenie, jak utrzymują się niskie pod względem masy trendy widziane wśród różnych układów gwiezdnych” – tłumaczy Fontanive.

Kontynuując, mówi: „Nasze pomiary Hubble’a dostarczają bezpośrednich dowodów na to, że obserwowane przez nas młode układy binarne mają niewielkie szanse na przetrwanie do późnego wieku i ulegną rozpadowi. Kiedy są młode, są częścią obłoku cząsteczkowego, a gdy się starzeją, obłok się rozprasza. W takim przypadku wszystko zaczyna się przemieszczać, a gwiazdy się mijają. Ponieważ brązowe karły są tak lekkie, wiązanie grawitacyjne, które łączy odseparowane od siebie pary binarne jest słabe, więc mijające gwiazdy mogą łatwo rozerwać te układy”.

Zespół wybrał grupę brązowych karłów wcześniej zidentyfikowaną przez należący do NASA teleskop kosmiczny Wide Field Infrared Survey Explorer. Wybrano jedne z najchłodniejszych starych brązowych karłów o najniższej masie w sąsiedztwie Układu Słonecznego. Te stare brązowe karły są tak zimne (o kilkaset stopni cieplejsze niż Jowisz w większości przypadków), że ich atmosfery zawierają parę wodną, która uległa kondensacji.

Aby znaleźć najchłodniejszych towarzyszy, zespół użył dwóch różnych filtrów bliskiej podczerwieni – jednego, w którym zimne brązowe karły są jasne, oraz drugiego obejmującego określone długości fal, w których pojawiają się bardzo słabo z powodu absorpcji wody w ich atmosferach.

„To najlepszy jak dotąd dowód obserwacyjny na to, że pary brązowych karłów oddalają się od siebie z czasem” – mówi Fontanive. „Nie udałoby nam się dokonać takiego pomiaru i potwierdzić wcześniejszych teorii bez ostrości i czułości Hubble’a”.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a działa od ponad trzydziestu lat i nadal dokonuje przełomowych odkryć, które kształtują nasze podstawowe zrozumienie wszechświata. Hubble jest projektem międzynarodowej współpracy NASA oraz ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej). Teleskopem zarządza należące do NASA Centrum Lotów Kosmicznych im. Roberta H. Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland. To Centrum prowadzi również działania misyjne wraz z Lockheed Martin Space z siedzibą w Denver w Kolorado. Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland, zarządzany przez Association of Universities for Research in Astronomy, prowadzi operacje naukowe dla NASA.