Bruine dwerg

Gliese 229B; links de ontdekkingsfoto, rechts een Hubble-opname. Merk op dat de ster links op het beeld zelf een rode dwerg is, dus van een klein en lichtzwak type.

Een bruine dwerg is een object dat kleiner is dan een ster, maar groter dan een planeet.

[bewerk] Inleiding

Bruine dwergen worden op dezelfde wijze gevormd als een ster, dat wil zeggen door contractie van een wolk waterstofgas. Bij een bruine dwerg is de massa van het samentrekkende gas echter onvoldoende om kernfusie van waterstof op gang te brengen. Volgens sommige astronomen kan men dan eigenlijk niet van een ster spreken als men (grootschalige) interne kernfusie als voorwaarde voor de definitie van een ster neemt.

De naam 'bruine dwerg' wil overigens niet zeggen dat ze daadwerkelijk bruin van kleur zijn, ze zijn voor het blote oog van een eventuele toeschouwer rood van kleur. De naam rode dwerg heeft echter al een andere betekenis: Het is een ster, dus met interne kernfusie, groter dan een bruine dwerg, maar met minder dan de helft van de massa van de zon. De grens tussen bruine dwergen en rode dwergen ligt bij ongeveer 0,08 zonnemassa.

[bewerk] Bruine dwergen en gasreuzen (planeten)

Bruine dwergster ten opzichte van Jupiter en de Zon

De aarde ten opzichte van de rode dwerg ster Gliese 436 B

Er zijn twee manieren om bruine dwergen van gasreuzen te onderscheiden:

1. Door de manier van ontstaan - bruine dwergen zijn directe contracties van een waterstofwolk, planeten ontstaan als zich samenvoegende blokken van ijs of rots, en zuigen als ze groter zijn (de zogenaamde gasreuzen) later waterstof op uit de omgeving.
2. Door het formaat - in planeten wordt de temperatuur nooit hoog genoeg voor kernfusie, in bruine dwergen wordt zij wel hoog genoeg voor enige kernfusie (specifiek die van deuterium), maar niet voor de fusie van waterstofkernen zoals die in 'echte' sterren plaatsvindt.

De eerste definitie is de traditionele, maar heeft als nadeel dat het moeilijk controleerbaar is. Met de tweede definities is de grootte van een bruine dwerg strak bepaald: Ze hebben tussen 13 en 80 keer de massa van Jupiter. Ze zijn kleiner dan 0,08 zonnemassa.

[bewerk] Ontdekking van bruine dwergen

Lange tijd heeft men gezocht naar bruine dwergen. Een aantal keren was er vals alarm; wat op het eerste gezicht een bruine dwerg in een sterrencluster als de Pleiaden leek te zijn, was in werkelijkheid een achtergrondster, maar in 1995 werd er voor het eerst succes geboekt. De eerste 'hits' kwamen uit de Pleiaden, en staan bekend als PPl 15, Teide 1 en Calar 3, maar het object dat alle twijfel wegnam en momenteel de best bestudeerde bruine dwerg is, is Gliese 229B. Gliese 229B is een kleine begeleider van Gliesse 229, zelf ook niet meer dan een rode dwerg. De massa van Gliese 229B wordt geschat op 30 tot 50 maal de massa van Jupiter. Doordat Gliese 229B ouder is dan de bruine dwergen in de Pleiaden, is het ook koeler, en onderscheidt zich daarom beter van de kleinste sterren, die veel minder snel afkoelen. De eerste bruine dwerg die in de 'lege ruimte', dus niet in een sterrenhoop of bij een andere ster, werd aangetroffen was Kelu-1 in 1997.

Een duidelijke aanwijzing dat een object een bruine dwerg is en niet een kleine ster, is de aanwezigheid van lithium. In sterren wordt de aanwezige lithium al snel verbrand, maar in bruine dwergen wordt de temperatuur nooit hoog genoeg om de fusie van lithium mogelijk te maken. Oudere bruine dwergen zijn daarnaast kenbaar aan de aanwezigheid van methaan, dat wijst op een oppervlaktetemperatuur van minder dan 1300 Kelvin.

[bewerk] Voorkomen van bruine dwergen

Sinds de eerste ontdekking zijn meer bruine dwergen gezien. Tellingen gedaan in de Pleiaden geven zelfs aan dat bruine dwergen ongeveer evenveel voorkomen als gewone sterren. Aan de ene kant is dat natuurlijk veel, aan de andere kant geeft het ook aan dat verwachtingen dat bruine dwergen een belangrijk aandeel zouden hebben in de donkere massa in sterrenstelsels onjuist zijn, aangezien bruine dwergen veel lichter zijn dan sterren.

Opvallend is dat bruine dwergen alleen voorkomen, of samen met andere bruine dwergen of rode dwergen, maar niet in de omgeving van grotere sterren zijn aangetroffen.

[bewerk] Koudste bruine dwerg

De ontdekking van de tot op heden koudste en eveneens weer eenzame bruine dwerg, werd op 4 juni 2007 bekend gemaakt door Dr. Steve Warren van het Imperial College in Londen. Van dit exemplaar, genaamd J0034-00, wordt aangenomen dat het een oppervlaktetemperatuur van 600 tot 700° Kelvin heeft (maximaal 430°C/800°F).

Het is een vondst die eens te meer de grens tussen zware gasplaneten enerzijds en de kleinste bruine dwergen anderzijds op de proef lijkt te stellen, want J0034-00, gevonden in het sterrenbeeld Walvis, mag met zijn massa van slechts 15 tot 30 maal die van de planeet Jupiter en een ongeveer vergelijkbare diameter een relatieve lichtgewicht worden genoemd. Het object werd opgemerkt in een vroeg stadium van de tot nu toe diepste verkenning van het uitspansel in het nabij-infrarood gebied van het spectrum, uitgevoerd met behulp van de United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT) in Mauna Kea, Hawaï.

"Natuurkundig gezien zijn sterren, bruine dwergen en gasplaneten allemaal gelijk", aldus Warren bij de bekendmaking van de ontdekking van J0034-00; "het zijn enkel gasbellen met onderling verschillende massa's. Naarmate ons onderzoek voortschrijdt zullen we ongetwijfeld nog kleinere dingen tussen de sterren aantreffen, met een massa gelijk aan die van planeten, en hoe moeten we die dan noemen?" Hij moest het antwoord op die vraag vooralsnog schuldig blijven.

De bruine dwerg J0034-00 werd overigens het eerst waargenomen door Warren's collega Dr. Daniel Mortlock, die liet weten dat "het identificeren van een object als dit een grotere uitdaging vormt dan het trachten te vinden van een speld in een hooiberg." "In dit geval", aldus Mortlock, "leek het er meer op dat wij een strootje probeerden te vinden dat een tikkeltje roder was dan de rest, in plaats van een fraaie glimmende speld."

Mortlock was eigenlijk op zoek naar veraf gelegen quasars toen hij de bruine dwerg vond. "Eén van de interessante objecten die opdook had net niet de juiste kleur om een quasar te kunnen zijn, en dat was J0034-00", aldus Mortlock. "En daar kwam nog bij", aldus Dr. Warren, "dat-ie zich zeker een miljard maal dichter bij de aarde bevond dan de quasars waar we eigenlijk naar op zoek waren, maar tegelijkertijd qua kleur wel praktisch identiek was."

Om temperatuur en waarschijnlijke massa van J0034-00 was te stellen, werden aanvullende observaties uitgevoerd met de Gemini South telescoop in La Serena, Chili, en hoewel het bij de bekendmaking van de ontdekking nog te vroeg was om precies te kunnen zeggen hoe ver het object van de aarde verwijderd is, hield het onderzoeksteam het voorlopig op ongeveer 50 lichtjaren.