ดาวแคระน้ำตาลคืออะไร?
ดาวแคระน้ำตาลหรือดาวแคระน้ำตาลเป็นวัตถุที่อยู่ต่ำกว่าดาวฤกษ์ (มีมวลประมาณ
เช่นเดียวกับในดวงดาวปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์จะเกิดขึ้นในพวกมันนิวเคลียร์ฟิวชั่นบนนิวเคลียสของธาตุแสง (ดิวเทอเรียมลิเธียมเบริลเลียมโบรอน) แต่ในทางตรงกันข้ามกับดาวในลำดับหลักการมีส่วนร่วมในการปลดปล่อยความร้อนของดาวดังกล่าวจากการหลอมรวมนิวเคลียร์ของนิวเคลียสไฮโดรเจน (โปรตอน) คือ ไม่มีนัยสำคัญและหลังจากการสำรองนิวเคลียสของธาตุแสงหมดไปปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในลำไส้ของพวกเขาก็จะหยุดลงหลังจากนั้นพวกมันก็เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว
ในดาวแคระน้ำตาลตรงกันข้ามกับดาวหลักลำดับนอกจากนี้ยังไม่มีชั้นทรงกลมของการถ่ายเทพลังงานที่เปล่งประกาย - การถ่ายเทความร้อนในนั้นจะดำเนินการเนื่องจากการพาความร้อนแบบปั่นป่วนซึ่งกำหนดความเป็นเนื้อเดียวกันขององค์ประกอบทางเคมีในเชิงลึก
การหมุนของคนแคระ
ดาวแคระน้ำตาลที่ค้นพบทั้งหมดหมุนรอบตัวอย่างรวดเร็ว ตั้งแต่หนึ่งชั่วโมงไปจนถึงหลายสิบชั่วโมงต่อการหมุนรอบตัวเอง
ตัวอย่างเช่นทั้งสามคนที่หมุนเร็วที่สุดดาวแคระมีความเร็วถึงเส้นศูนย์สูตรที่ 360,000 กม./ชม. และเข้าใกล้ขีดจำกัดทางทฤษฎีเกินกว่าที่วัตถุท้องฟ้าจะถูกทำลายด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ ซึ่งมากกว่าที่สังเกตได้ 50-80%
การหมุนรอบดาวแคระอย่างรวดเร็วอธิบายได้จากการไม่มีของกลไกในการส่งแรงบิดที่มีอยู่ในดาวฤกษ์ ตัวอย่างเช่น ดวงอาทิตย์ซึ่งมีคาบการปฏิวัติที่เส้นศูนย์สูตร 25 วัน และความเร็วเส้นศูนย์สูตร 7,284 กม./ชม. ส่งแรงบิดในการหมุนผ่านสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่หมุนรอบดวงอาทิตย์จะเบี่ยงเบนการเคลื่อนที่ของโปรตอนของลมสุริยะใน ทิศทางการหมุน
ดังนั้นความเร็วในการหมุนของดวงอาทิตย์จึงช้าลงมากขึ้นเรื่อย ๆ ตามการวิวัฒนาการ
แหล่งกำเนิด
หนึ่งในกลไกของการกำเนิดสีน้ำตาลคนแคระคล้ายกับดาวเคราะห์ ดาวแคระน้ำตาลก่อตัวในดิสก์ต้นแบบดาวเคราะห์ที่บริเวณรอบนอก ในช่วงต่อไปของชีวิตภายใต้อิทธิพลของดวงดาวรอบข้างพวกมันจะถูกโยนเข้าไปในพื้นที่โดยรอบของดาวฤกษ์แม่และสร้างวัตถุที่เป็นอิสระจำนวนมาก
เช่นเดียวกับดาวฤกษ์ทั่วไป ดาวแคระน้ำตาลสามารถก่อตัวได้โดยอิสระจากวัตถุอื่น พวกมันสามารถก่อตัวแยกกันหรือก่อตัวใกล้กับดาวดวงอื่น
ในปี 2558 กลุ่มสีน้ำตาลดาวแคระอยู่ในระหว่างการก่อตัวและบางส่วนก็แสดงให้เห็นว่ามีไอพ่นแบบเดียวกันกับดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่าในกระบวนการก่อตัว
ดิสก์ดาวเคราะห์น้อยรอบดาวแคระน้ำตาล ดูจากดาวเคราะห์สมมุติจากระยะทางประมาณ 3 ล้านกิโลเมตร
ข้อสังเกต
ต่างจากดาวฤกษ์ในแถบลำดับหลักซึ่งมีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำสุดประมาณ 4,000 เคลวิน อุณหภูมิของดาวแคระน้ำตาลอยู่ในช่วง 300 ถึง 3,000 เคลวิน
ไม่เหมือนดาราที่ตัวเองอุ่นเครื่องเนื่องจากการหลอมเหลวของเทอร์โมนิวเคลียร์เกิดขึ้นภายในพวกมันทำให้ดาวแคระน้ำตาลเย็นตัวลงอย่างต่อเนื่องตลอดชีวิตในขณะที่ดาวแคระที่มีขนาดใหญ่ก็จะเย็นตัวช้าลง
คุณสมบัติของดาวแคระน้ำตาลช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างดาวเคราะห์และดวงดาวโดยมวลเป็นที่สนใจของนักดาราศาสตร์เป็นพิเศษ หนึ่งปีหลังจากการค้นพบวัตถุชิ้นแรกของชั้นนี้มีการค้นพบปรากฏการณ์สภาพอากาศในชั้นบรรยากาศของดาวแคระน้ำตาล ปรากฎว่าดาวแคระน้ำตาลสามารถมีดวงจันทร์ของตัวเองได้เช่นกัน
การสังเกตการณ์ดาวแคระน้ำตาลเมื่อเร็วๆ นี้เผยให้เห็นรูปแบบบางอย่างในการทำให้รังสีเข้มขึ้นและลดน้อยลงในอินฟราเรด
สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสีน้ำตาลคนแคระถูกปกคลุมไปด้วยเมฆที่ค่อนข้างเย็นและทึบแสงบดบังความร้อนภายใน เชื่อกันว่าเมฆเหล่านี้เคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องเนื่องจากลมพัดแรงกว่าพายุที่รู้จักบนดาวพฤหัสบดี
ดาวเคราะห์รอบดาวแคระน้ำตาล
ดาวพฤหัสบดีซุปเปอร์ที่มีมวลดาวเคราะห์ 2M1207B และ 2MASSJ044144 ซึ่งโคจรรอบดาวแคระน้ำตาลในระยะทางการโคจรขนาดใหญ่ อาจก่อตัวขึ้นจากการสะสมมวลมากกว่าเกิดจากเมฆก๊าซและฝุ่น ดังนั้นจึงอาจเป็นดาวแคระน้ำตาลมากกว่าดาวเคราะห์ขนาดใหญ่
ค้นพบดิสก์รอบดาวแคระน้ำตาลมีฟังก์ชันหลายอย่างเหมือนกับจานหมุนรอบดาวฤกษ์ ดังนั้น พวกมันจึงถูกคาดหวังให้ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวแคระน้ำตาลเมื่อเวลาผ่านไป เมื่อพิจารณาจากจานดาวแคระน้ำตาลที่มีมวลน้อย ดาวเคราะห์ส่วนใหญ่จะเป็นดาวเคราะห์บนพื้นดินแทนที่จะเป็นดาวก๊าซยักษ์
หากมีดาวก๊าซยักษ์โคจรอยู่ดาวแคระน้ำตาลและดวงอาทิตย์จะอยู่ในระนาบวงโคจรของมัน ดังนั้นจึงง่ายต่อการตรวจจับโดยวิธีผ่านหน้า เนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณเท่ากัน
เขตการสะสมของดาวเคราะห์รอบ ๆ ดาวแคระน้ำตาลนั้นอยู่ใกล้กับดาวแคระน้ำตาลมากดังนั้นแรงน้ำขึ้นน้ำลงจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้น
ดาวเคราะห์โคจรรอบดาวแคระน้ำตาลน่าจะเป็นดาวเคราะห์ซิลิเกตที่หาน้ำได้ยาก ข้อยกเว้นคือดาวเคราะห์ที่ก่อตัวขึ้นที่ขอบด้านนอกของดิสก์ก๊าซและฝุ่นซึ่งเนื่องจากอุณหภูมิการสะสมที่ต่ำกว่าจึงสามารถกักเก็บน้ำส่วนหนึ่งไว้ในองค์ประกอบได้ในทางทฤษฎี
ความสามารถในการอยู่อาศัย
ความสามารถในการอยู่อาศัยได้รับการศึกษาสำหรับการหมุนของดาวเคราะห์รอบ ๆ ดาวแคระน้ำตาล แบบจำลองคอมพิวเตอร์แสดงเงื่อนไขที่เข้มงวดมากสำหรับการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ดังกล่าวเนื่องจากเขตอาศัยนั้นแคบและลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการเย็นตัวของดาวแคระน้ำตาล
เนื่องจากดาวแคระน้ำตาลสลัวกว่าดวงอาทิตย์มาก ดาวเคราะห์มวลโลกจึงต้องโคจรใกล้กว่ามากเพื่อรับความร้อนมากเท่ากับที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์
สมมุติฐานดาวเคราะห์ที่อาศัยอยู่รอบ ๆดาวแคระน้ำตาลอาจมีคาบการโคจรไม่เกินสองสามวันของโลก เขตที่อยู่อาศัยของดาวแคระน้ำตาลคือพื้นที่ว่างรอบ ๆ ดาวแคระน้ำตาลซึ่งมีอุณหภูมิไม่สูงเกินไปหรือต่ำเกินไปสำหรับน้ำเหลวที่จะมีอยู่บนพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่มีมวลของโลก
พัฒนาการของชีวิตที่เรียบง่ายหรือแม้กระทั่งซับซ้อนบนดาวเคราะห์มวลโลกที่โคจรรอบดาวแคระน้ำตาลนั้นคาดว่าจะขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ดาวเคราะห์ใช้อยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้หรือเขตโกลดิล็อคส์เป็นส่วนใหญ่
บนโลก การเกิดขึ้นของชีวิตเรียบง่ายใช้เวลาอย่างน้อย 0.5 พันล้านปี ในขณะที่การเกิดขึ้นของชีวิตหลายเซลล์ที่ซับซ้อนอาจใช้เวลาประมาณ 3 พันล้านปี
ส่งผลให้โลกต้องยืนยาวเพียงพอให้อยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้ที่กำลังหดตัวของดาวแคระน้ำตาล เพื่อให้สิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายหรือแม้แต่สิ่งมีชีวิตขั้นสูงมีเวลาในการพัฒนา Andreeshchev และ Scalo (2002) คำนวณว่าดาวเคราะห์ที่อยู่ในวงโคจรใกล้ดาวแคระน้ำตาลขนาด 0.07 เท่าของมวลดวงอาทิตย์สามารถคงอยู่ภายในเขตเอื้ออาศัยได้นานถึง 1 หมื่นล้านปี
ระยะเวลาที่อยู่อาศัยลดลงสำหรับดาวแคระน้ำตาลที่มีมวลน้อยกว่า ตัวอย่างเช่นดาวเคราะห์รอบ ๆ ดาวแคระน้ำตาลที่มีมวลดวงอาทิตย์ 0.04 ก้อนสามารถอยู่อาศัยได้ไม่เกิน 4 พันล้านปี
ดาวแคระน้ำตาล (วัตถุขนาดเล็กกว่า) กำลังหมุนรอบ ๆ ดาว Gliese 229 ซึ่งอยู่ในกลุ่มดาว Hare ห่างจากโลกประมาณ 19 ปีแสง ดาวแคระน้ำตาล Gliese 229B มีมวล 20 ถึง 75 มวลของดาวพฤหัสบดี
การศึกษาล่าสุดของดาวแคระน้ำตาล
- แผนที่คนแคระสีน้ำตาล
นักดาราศาสตร์ได้รวบรวมรายชื่อที่สมบูรณ์ที่สุดดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้ ๆ ต้องขอบคุณการค้นพบของอาสาสมัคร Backyard Worlds หลายพันคน รายชื่อและแผนที่ 3 มิติของดาวแคระน้ำตาล 525 ดวงซึ่งรวมถึง 38 รายงานแรกรวมถึงข้อมูลเชิงสังเกตจากเครื่องมือทางดาราศาสตร์หลายชนิด
ส่งผลให้มีแผนที่ที่ตั้งมากกว่าดาวแคระน้ำตาลเย็น 500 ดวงในบริเวณใกล้ดวงอาทิตย์ ทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยนักวิทยาศาสตร์อาสาสมัครจากความร่วมมือ Backyard Worlds: Planet 9 ได้ประกาศการสำรวจสำมะโนประชากรดาวแคระน้ำตาลเย็น 525 ดวงอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนภายในระยะ 65 ปีแสงจากดวงอาทิตย์ รวมถึงการค้นพบใหม่ 38 ดวง
ด้วยการกำหนดระยะทางไปยังวัตถุสำมะโนประชากรทั้งหมดนักดาราศาสตร์สามารถสร้างแผนที่สามมิติของการกระจายตัวของดาวแคระน้ำตาลเย็นในบริเวณใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์
- กระแสลมและกระแสน้ำ
ทีมวิจัยที่นำโดยมหาวิทยาลัยแอริโซนาพบกระแสลมและกระแสน้ำบนดาวแคระน้ำตาลที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด
การรู้ว่าลมพัดผ่านดาวแคระอย่างไรและการกระจายความร้อนเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากช่วยให้เราเข้าใจสภาพภูมิอากาศอุณหภูมิที่สูงมากและวิวัฒนาการของพวกมัน
เพื่อค้นหาคำตอบ ทีมนักวิจัยได้ใช้กล้องโทรทรรศน์อวกาศ Transiting Exoplanet Survey Satellite หรือ TESS ของ NASA เพื่อศึกษาดาวแคระน้ำตาล 2 ดวงที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุด
ห่างออกไป 6.5 ปีแสงดาวแคระน้ำตาลมีชื่อว่า Luhman 16 A และ B. .
- ระบบเลขฐานสองของดาวแคระน้ำตาล
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบระบบเลขฐานสองที่แปลกใหม่ของวัตถุคล้ายดาวเคราะห์อายุน้อยสองดวง แม้ว่าพวกมันจะดูเหมือนดาวเคราะห์นอกระบบขนาดยักษ์ แต่ก็ก่อตัวในลักษณะเดียวกับดวงดาว
นักวิจัยที่นำโดย Clemence Fontanive จาก Center for Space and Habitability (CSH) ที่มหาวิทยาลัยเบิร์นได้ค้นพบระบบเลขฐานสองที่ไร้ดาวของดาวแคระน้ำตาล
ระบบ CFHTWIR-Oph 98 (หรือเรียกสั้น ๆ ว่า Oph 98) ประกอบด้วยวัตถุมวลต่ำมาก Oph 98 A และ Oph 98 B ซึ่งอยู่ห่างจากโลก 450 ปีแสงในกระจุกดาวโอฟีอุคัส
คู่นี้เป็นตัวอย่างที่หาได้ยากของวัตถุสองชิ้นที่มีความคล้ายคลึงกันหลายประการกับดาวเคราะห์ยักษ์นอกระบบที่โคจรรอบกันและกันโดยไม่มีดาวฤกษ์แม่
ส่วนประกอบที่ใหญ่กว่า Oph 98 A - youngดาวแคระน้ำตาลที่มีมวล 15 เท่าของดาวพฤหัสบดี นักวิทยาศาสตร์สังเกตว่าวัตถุดังกล่าวตั้งอยู่บนเส้นขอบที่แยกดาวแคระน้ำตาลออกจากดาวเคราะห์ Oph 98 B เพื่อนร่วมทางของมันหนักกว่าดาวพฤหัสบดีเพียง 8 เท่า
- ความเร็วลมของดาวแคระน้ำตาล
นักดาราศาสตร์วัดความเร็วลมได้เป็นครั้งแรกดาวแคระน้ำตาล เทคนิคนี้พัฒนาโดยนักวิจัยจากหอดูดาวดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติ จะทำให้สามารถวัดความเร็วลมบนดาวดวงอื่นนอกระบบสุริยะได้
นักวิจัยจากข้อมูลวงโคจรกล้องโทรทรรศน์สปิตเซอร์ศึกษาดาวแคระน้ำตาล 2MASS J10475385 + 2124234 ขนาดของวัตถุนี้เทียบได้กับขนาดของดาวพฤหัสบดี แต่มีมวลมากกว่ายักษ์ก๊าซประมาณ 40 เท่า ดาวแคระอยู่ห่างจากโลก 34 ปีแสง
การศึกษาข้อมูลที่รวบรวมโดยกล้องโทรทรรศน์ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถรวบรวมแบบจำลองบรรยากาศของวัตถุได้ นักดาราศาสตร์พบว่าบรรยากาศชั้นนอกของดาวแคระน้ำตาลหมุนเร็วกว่าส่วนใน
ความเร็วลมอยู่ที่ประมาณ 2293.315 กม. / ชม. ซึ่งสูงกว่าความเร็วลมบนดาวพฤหัสบดีอย่างมีนัยสำคัญซึ่งอยู่ที่ประมาณ 370 กม. / ชม.
อ่านเพิ่มเติม:
แผนที่แรกที่แม่นยำของโลกถูกสร้างขึ้น คนอื่นผิดอะไร
รังสีอินฟราเรดจากมือมนุษย์ถูกใช้ในการเข้ารหัส
แบคทีเรียที่พบใน Death Valley ซึ่งอยู่ในสภาวะชะงักงันของวิวัฒนาการมาเป็นเวลาหลายล้านปี