در کیهان، اجرامی وجود دارند که در هیچیک از دستهبندیهای آشنای ما بهسادگی جا نمیگیرند. نه آنقدر پرجرماند که مانند ستارهها در هسته خود همجوشی پایدار هیدروژن را آغاز کنند و نه آنقدر کمجرماند که بتوان آنها را بهسادگی سیاره نامید. این اجرام مرموز، «کوتوله قهوهای» نام دارند که در مرز میان ستارهها و سیارهها قرار گرفتهاند و درطول چند دهه گذشته به یکی از جذابترین موضوعات برای مطالعه در اخترشناسی تبدیل شدهاند.
کوتولههای قهوهای در نگاه اول شاید شبیه نسخهای کوچک و کمنور از ستارهها به نظر برسند، اما سرگذشت آنها متفاوت است. آنها مانند ستارهها از فروپاشی ابرهای گاز و غبار متولد میشوند، اما جرمشان برای تبدیلشدن به ستاره واقعی کافی نیست. در نتیجه، نمیتوانند هیدروژن را بهطور پایدار در هسته خود به هلیوم تبدیل کنند؛ همان واکنش هستهای که انرژی ستارههایی مانند خورشید را برای میلیاردها سال تأمین میکند.
به همین دلیل، کوتولههای قهوهای گاهی «ستارههای ناکام» نیز نامیده میشوند. اما این لقب، هرچند جذاب است، تصویر کاملی از این اجرام ارائه نمیدهد. کوتولههای قهوهای خودشان دنیایی پیچیدهاند: جوهایی سرشار از مولکولهای عجیب، ابرهای عظیم، بادهای شدید، میدانهای مغناطیسی و حتی شفقهای قطبی دارند. برخی از آنها چنان سرد شدهاند که دمایشان با برخی سیارههای غولپیکر قابل مقایسه است.
کوتوله قهوهای؛ ستاره یا سیاره؟
برای درک کوتولههای قهوهای، ابتدا باید ببینیم ستارگان چگونه متولد میشود. هم ستارهها و هم کوتولههای قهوهای زمانی شکل میگیرند که نواحی متراکمتر در ابرهای عظیم گاز و غبار، تحت تأثیر گرانش خود فرو میریزند. در این فرایند، جرمی به نام پیشستاره شکل میگیرد که درون پوششی از گاز و غبار قرار دارد.
بسیاری از پیشستارهها به جذب ماده از پوششهای اولیه خود ادامه میدهند تا جرم کافی را برای ایجاد فشار و دمای لازم در هسته خود به دست آورند و همجوشی هستهای هیدروژن به هلیوم را آغاز کنند. انرژی حاصل از این واکنشهای هستهای، ستارهای مثل خورشید را برای میلیاردها سال در حالت پایدار نگه میدارند. تصور میشود جرم لازم برای آغاز همجوشی هستهای حدود ۱۲ تا ۱۴ برابر جرم مشتری یا حدود ۰٫۰۱۲ تا ۰٫۰۱۴ جرم خورشید باشد.
«ناکامی» کوتولههای قهوهای در ناتوانی آنها از انباشتن چنین جرمی نهفته است. اخترشناسان در حال حاضر بر این باورند که کمجرمترین کوتولههای قهوهای حدود ۰٫۰۱۳ خورشید جرم دارند، در حالی که پرجرمترین ستارگان ناکام جرمی حدود ۰٫۰۸ جرم خورشید دارند. برای درک بهتر، این مقدار معادل ۱۳ تا ۸۰ برابر جرم مشتری است. در واقع، مسئله اصلی جرم است. جرم بیشتر یعنی گرانش قویتر، فشردگی بیشتر و در نهایت فشار و دمای بالاتر در مرکز جسم.
- ستاره چیست؟ از انواع، نحوه تشکیل تا حقایق جالب و مرگ23 آذر 02مطالعه '18
علاوهبر جرم، راه دیگری نیز برای تمایز کوتولههای قهوهای از سیارهها وجود دارد: توانایی سوزاندن دوتریوم. کوتولههای قهوهای آنقدر پرجرم نیستند که بتوانند هیدروژن معمولی را در هسته خود بهطور پایدار به هلیوم تبدیل کنند؛ اما برخی از آنها در مراحل اولیه زندگیشان به دما و فشار کافی برای همجوشی دوتریوم، ایزوتوپ سنگین هیدروژن دست مییابند.
برای آغاز سوختن دوتریوم، جرم یک جسم معمولاً باید حدود ۱۲ تا ۱۴ برابر جرم مشتری باشد. به همین دلیل، از دهه ۱۹۹۰ حدود ۱۳ جرم مشتری بهعنوان مرز تقریبی میان سیارهها و کوتولههای قهوهای مطرح شده است. براساس یکی از تعریفهای پیشنهادی، یک جسم درصورتی کوتوله قهوهای محسوب میشود که بتواند دستکم نیمی از دوتریوم اولیه خود را بسوزاند؛ در حالی که سیارهها معمولاً توانایی سوزاندن بخش عمده دوتریوم خود را ندارند.
بااینحال، جرم ۱۳ مشتری مرز قطعی برای تعیین کوتولههای قهوهای نیست. عواملی مانند ترکیب شیمیایی و شرایط درونی جرم میتوانند بر آستانه سوختن دوتریوم تأثیر بگذارند و این مرز را کمی جابهجا کنند. از سوی دیگر، تعیین اینکه یک جرم واقعاً سیاره است یا کوتوله قهوهای، فقط به توانایی آن در سوزاندن دوتریوم وابسته نیست و نحوه شکلگیری آن نیز اهمیت دارد.
«ناکامی» کوتولههای قهوهای در ناتوانی آنها از انباشتن جرم کافی برای ایجاد فشار و دمای لازم بهمنظور همجوشی هیدروژن به هلیوم، نهفته است
مثلاً ممکن است در محدوده جرمی اطراف ۱۳ جرم مشتری، اجسامی پیدا کنیم که طبقهبندی آنها بهسادگی ممکن نباشد. این موضوع باعث میشود جرم پرجرمترین سیارهها با جرم کمجرمترین کوتولههای قهوهای همپوشانی داشته باشد.
نکته جالبتر اینکه جرم بیشتر لزوماً به معنای اندازه بزرگتر نیست. برخی غولهای گازی، بهویژه سیارههای بسیار داغ و جوان، میتوانند به دلیل چگالی پایین و ساختار متورم خود از کوتولههای قهوهای پرجرمتر باشند. کوتولههای قهوهای با افزایش جرم، تحت تأثیر گرانش بیشتر فشرده میشوند؛ در مقابل، برخی سیارههای کمجرمتر میتوانند فشار داخلی کمتری داشته باشند و ساختاری «پفکردهتر» پیدا کنند.
کوتوله قهوهای چگونه تشکیل میشود؟
سناریوی اصلی برای تشکیل کوتولههای قهوهای این است که آنها در ابرهای مولکولی سرد و متراکم، از فروپاشی گرانشی نواحی متراکم گاز و غبار شکل میگیرند. وقتی گرانش بر فشار داخلی گاز غلبه کند، این ناحیه شروع به رمبش میکند و جرمی فشرده و در حال رشد به وجود میآورد. اگر این جرم بتواند ماده کافی جذب کند، سرانجام به ستاره تبدیل میشود؛ اما اگر رشد آن متوقف شود و جرمش از حد لازم برای آغاز همجوشی پایدار هیدروژن کمتر بماند، کوتوله قهوهای پدید میآید.
اما چرا رشد برخی از این «پیشستارهها» متوقف میشود؟ یکی از توضیحات مطرحشده این است که کوتولههای قهوهای در محیطهای متراکم و پرآشوب ستارهزایی شکل میگیرند و برهمکنش گرانشی با اجرام دیگر میتواند آنها را پیش از آنکه جرم بیشتری جذب کنند، از ناحیه زادگاهشان بیرون براند. در چنین سناریویی، جرم تازهشکلگرفته دیگر به منبع گاز و غبار دسترسی ندارد و نمیتواند به جرم ستاره برسد. شبیهسازیهای شکلگیری ستارگان نیز نشان دادهاند که چنین فرایندهایی میتوانند به تولید کوتولههای قهوهای منجر شوند.
بااینحال، فقط یک مسیر برای شکلگیری کوتولههای قهوهای وجود ندارد. یکی از سناریوهای دیگر، شکلگیری آنها در قرصهای گاز و غبار پیرامون ستارههای جوان است. اگر چنین قرصی بهاندازه کافی پرجرم و ناپایدار باشد، ممکن است تحت گرانش خودش تکهتکه شود و قطعاتی سنگین در محدوده جرم کوتولههای قهوهای پدید آورد. برخی شبیهسازیها نشان میدهند که این قطعات حتی میتوانند بعداً بر اثر برهمکنش گرانشی از منظومه ستارهای بیرون رانده شوند و به کوتولههای قهوهای سرگردان تبدیل شوند.
کوتولههای قهوهای در محیطهای متراکم و پرآشوب ستارهزایی شکل میگیرند و برهمکنش گرانشی با اجرام دیگر میتواند آنها را پیش از آنکه جرم بیشتری جذب کنند، از ناحیه زادگاهشان بیرون براند
درنتیجه، همانطور که جرم صرفاً عامل تعیینکننده در تشخیص سیاره و کوتوله قهوهای نیست، محل شکلگیری نیز بهتنهایی نمیتواند مرز قطعی برای تشخیص این اجرام باشد. اگر جرمی در قرص پیرامون ستاره شکل بگیرد، لزوماً سیاره نیست؛ همان فرایندهای ناپایداری گرانشی میتوانند اجرامی در محدوده جرمی کوتولههای قهوهای تولید کنند. از سوی دیگر، برخی کوتولههای قهوهای جرمهایی مشابه سیارههای غول گازی دارند و همین موضوع تعیین منشأ آنها را دشوار میکند.
بنابراین، تصویر امروزی از تولد کوتولههای قهوهای ساده نیست: بیشتر آنها احتمالاً از فروپاشی و تکهتکهشدن گاز در فرایند ستارهزایی به وجود میآیند، اما شکلگیری در قرصهای پیرامون ستارهها نیز میتواند در برخی موارد امکانپذیر باشد. همین تنوع در مسیرهای شکلگیری یکی از دلایلی است که باعث میشود مرز میان کوتولههای قهوهای و سیارها کاملاً شفاف نباشد.
کوتوله قهوهای سرگردان
مسئله تشخیص کوتولههای قهوهای با کشف اجرام سرگردان خارج از منظومههای ستارهای بهمراتب پیچیدهتر شده است؛ اجرامی که بهدور هیچ ستارهای نمیچرخند و در فضای میانستارهای حرکت میکنند. برخی از این اجرام جرمهایی در محدوده سیارهای دارند، اما ممکن است مانند ستارهها شکل گرفته باشند.
در واقع، نداشتن ستاره میزبان نیز بهتنهایی نمیتواند یک جرم را سیاره یا کوتوله قهوهای معرفی کند. یک جرم سرگردان ممکن است در ابتدا بخشی از منظومهای سیارهای بوده و بر اثر برهمکنشهای گرانشی از آن بیرون رانده شده باشد یا از همان ابتدا در اثر فروپاشی گرانشی یک توده گاز شکل گرفته باشد. در سناریوی دوم، جسم حتی اگر جرمی مشابه سیاره غولگازی داشته باشد، از نظر منشأ به ستارهها و کوتولههای قهوهای نزدیکتر است.
مشاهده چنین اجرامی بهویژه در سالهای اخیر اهمیت بیشتری پیدا کرده است. تلسکوپ فضایی جیمز وب در خوشه جوان IC 348 سه جرم آزاد را شناسایی کرد که جرمشان کمتر از ۸ برابر مشتری بود؛ کوچکترین آنها تنها حدود ۳ تا ۴ برابر مشتری جرم داشت. این اجرام در محدوده جرمی سیارههای غول گازی قرار میگیرند، اما پژوهشگران احتمال میدهند که دستکم برخی از آنها کوتولههایی قهوهای باشند که مانند ستارهها شکل گرفتهاند، نه سیارههایی که از یک منظومه بیرون رانده شدهاند.
این کشفیات نشان میدهند که جرم بهتنهایی برای تعیین ماهیت اجسام سرگردان کافی نیست. برای مثال، اگر جسمی با جرم چهار برابر مشتری پیدا کنیم، نمیتوانیم صرفاً از روی جرم بگوییم سیاره سرگردان است. باید ویژگیهای دیگری مانند سن، دما، ترکیب شیمیایی و محیطی را نیز که در آن پیدا شده، بررسی کنیم. حتی جیمز وب برای شناسایی این اجرام به اثر انگشت مولکولهایی مانند آب و متان در طیف فروسرخ آنها متکی است
نخستین کوتوله قهوهای چه زمانی کشف شد؟
اخترشناسان از دههها پیش از کشف نخستین کوتوله قهوهای، درباره وجود اجرامی نظریهپردازی کرده بودند. آنها میدانستند باید اجرامی وجود داشته باشند که مانند ستارهها شکل میگیرند، اما جرمشان برای آغاز همجوشی پایدار هیدروژن کافی نیست. بااینحال، شناسایی چنین اجرامی دشوار بود؛ زیرا کوتولههای قهوهای بسیار کمنورند و با گذشت زمان نیز سردتر و کمنورتر میشوند.
سرانجام در ۱۹۹۵، اخترشناسان شواهد قانعکنندهای از وجود یک کوتوله قهوهای به دست آوردند. این جرم که Gliese 229B نام گرفت، در فاصله حدود ۱۹ سال نوری از زمین و در کنار ستاره سرخ Gliese 229A قرار داشت. جرم آن در ابتدا حدود ۲۰ تا ۵۰ برابر مشتری برآورد شد که بسیار بیشتر از سیارههای منظومه شمسی، اما درعینحال کمتر از حد لازم برای تبدیل شدن به ستاره بود.
یکی از مهمترین شواهد، طیف فروسرخ Gliese 229B بود که نشانههای متان را آشکار میکرد. متان در جو سیارههای غولگازی سرد مانند مشتری وجود دارد، اما در ستارههای معمولی دیده نمیشود. این ویژگی نشان داد که Gliese 229B بسیار سردتر از کمجرمترین ستارهها است و به خانوادهای متفاوت از اجرام تعلق دارد. البته این جرم تنها نامزد کوتوله قهوهای در زمان کشف نبود. در سال ۱۹۹۵، اجرامی در خوشه ستارهای پروین نیز بهعنوان نامزدهای احتمالی کوتوله قهوهای معرفی شدند و مقالهای درباره یکی از آنها در نیچر منتشر شد.
- ستارهشناسان معمای ۳۰ ساله کوتوله قهوهای عجیب را سرانجام حل کردند05 آبان 03مطالعه '4
- دو کوتوله قهوهای، دو کوتوله سرخ؛ کشف کمیاب منظومهای چهارتایی در کهکشان راه شیری06 شهریور 04مطالعه '3
اما داستان Gliese 229B به همینجا ختم نشد. در سال ۲۰۲۴، مشاهدات جدید نشان داد که این کوتوله قهوهای در واقع جرمی منفرد نیست، بلکه از دو کوتوله قهوهای بسیار نزدیک به یکدیگر تشکیل شده است. این دو جرم که اکنون Gliese 229Ba و Gliese 229Bb نام دارند، در فاصلهای تنها حدود ۱۶ برابر مسافت زمین تا ماه از یکدیگر قرار گرفتهاند و تقریباً هر ۱۲ روز یکبار به دور مرکز جرم مشترکشان میچرخند. برآوردهای جدید نشان میدهد یکی از آنها حدود ۳۸ برابر و دیگری حدود ۳۴ برابر جرم مشتری دارد.
کوتولههای قهوهای چقدر بزرگاند؟
وقتی محدوده جرم ۱۳ تا ۸۰ برابر مشتری را برای تشخیص کوتولههای قهوهای تعیین میکنیم، ممکن این تصور بهوجود آید که اندازه ستارگان ناکام نیز باید در همین حد، یعنی دهها برابر بزرگترین سیاره منظومه شمسی باشد. اما نکته جالب این است که با وجود تفاوت چشمگیر در جرم، کوتولههای قهوهای معمولاً تقریباً هماندازه مشتری هستند.
درواقع با وجود جرم بسیار زیاد، شعاع ستارگان ناکام در بیشتر موارد تفاوت چندانی با مشتری ندارد. بررسیهای نظری و رصدی نشان میدهند که شعاع بسیاری از کوتولههای قهوهای در حدود یک شعاع مشتری است. برای نمونه، پیش از آنکه Gliese 229B بهعنوان جسمی دوتایی شناخته شود، ناسا در توضیح آن اشاره کرده بود که این کوتوله قهوهای با وجود داشتن حدود ۲۰ تا ۵۰ برابر جرم مشتری، چنان تراکم بالایی دارد که تقریباً هماندازه آن است.
دلیل اندازه نهچندان بزرگ با وجود جرم بسیار زیاد، فشردگی شدید ماده درون کوتولههای قهوهای است. با افزایش جرم، گرانش قویتر میشود و جرم را بیشتر به سمت مرکز میفشارد. در نتیجه، برخلاف آنچه ممکن است انتظار داشته باشیم، افزودن جرم لزوماً به افزایش چشمگیر اندازه منجر نمیشود. به همین دلیل، کوتولهای قهوهای با جرمی دهها برابر مشتری میتواند قطری تقریباً مشابه مشتری داشته باشد. ناسا نیز در مقایسههای خود، قطر کوتولههای قهوهای را تقریباً هماندازه مشتری توصیف میکند.
اغلب کوتولههای قهوهای با وجود داشتن جرم چند دهبرابری نسبت به مشتری، چندان از این غول گازی منظومه شمسی بزرگتر نیستند
البته سن کوتوله قهوهای نیز بر اندازه آن تأثیر میگذارد. کوتولههای قهوهای جوان، بهدلیل گرمای حاصل از فرایند شکلگیری و انقباض گرانشی، میتوانند منبسطتر باشند. این اجرام با گذشت زمان انرژی خود را از دست میدهند، سردتر و متراکمتر میشوند و شعاعشان کاهش مییابد. به همین دلیل، کوتولههای قهوهای بسیار جوان میتوانند بهطور محسوسی بزرگتر از نمونههای پیر باشند.
اندازهگیری دقیق شعاع کوتولههای قهوهای نیز کار سادهای نیست و بیشتر برای نمونههایی امکانپذیر است که میتواند گذرشان از مقابل ستاره میزبانشان را مشاهده کرد. بررسی مجموعهای از کوتولههای قهوهای گذری نشان داده است که شعاع اندازهگیریشده این اجرام تقریباً در محدوده ۰٫۷ تا ۱٫۴ برابر شعاع مشتری قرار دارد.
دمای کوتولههای قهوهای چقدر است؟
کوتولههای قهوهای برخلاف ستارهها دامنه بسیار گستردهای از دما دارند و با گذشت زمان بهتدریج سرد میشوند. این اجرام در زمان شکلگیری بسیار داغاند، اما از آنجایی که جرمشان برای آغاز و حفظ همجوشی پایدار هیدروژن کافی نیست، منبع انرژی قدرتمندی برای جبران اتلاف گرما ندارند. در نتیجه، به مرور انرژی خود را به شکل تابش فروسرخ از دست میدهند و سردتر میشوند. مدلهای جوی کوتولههای قهوهای بازهای تقریباً از ۲۰۰ تا ۲۴۰۰ کلوین (منفی ۷۳ تا مثبت ۲۱۲۷ درجه سلسیوس) را پوشش میدهند، هرچند نمونههای شناختهشده میتوانند در محدودهای گستردهتر بررسی شوند.
دمای کوتولههای قهوهای با رده طیفی آنها نیز ارتباط دارد. کوتولههای نوع L از داغترین کوتولههای قهوهای هستند و دمای آنها میتواند به حدود ۱۰۲۷ تا ۲۱۲۷ درجه سلسیوس برسد. با سردتر شدن، جرم وارد رده T میشود؛ گروهی که دمای اجرامش معمولاً درحدود ۴۲۷ تا ۱۰۲۷ درجه سلسیوس است. سردترین اجرام در رده Y قرار میگیرند و دمای مؤثر برخی از آنها تنها چند صد کلوین (حدود منفی ۷۳ تا مثبت ۲۲۷ درجه سلسیوس) است.
یکی از شگفتانگیزترین نمونهها، WISE 0855 است؛ کوتولهای قهوهای با جرمی حدود پنج برابر مشتری که دمای آن حدود ۲۵۰ کلوین، معادل منفی ۲۳ درجه سانتیگراد برآورد شده است. این دما فقط حدود ۱۲۰ درجه بالاتر از دمای معمول لایههای فوقانی جو مشتری است و به همین دلیل WISE 0855 از نظر دما شباهت زیادی به غولهای گازی منظومه شمسی دارد.
سردترین کوتولههای قهوهای حتی میتوانند به دماهایی نزدیک به دمای بدن انسان برسند. ناسا هنگام معرفی رده Y، جرمی با نام WISE 1828+2650 را با دمای جوی کمتر از حدود ۲۵ درجه سانتیگراد معرفی کرد. بااینحال، اندازهگیری دمای چنین اجرام بسیار سردی دشوار است و برآوردها با پیشرفت مشاهدات و مدلهای جوی میتوانند اصلاح شوند.
سردشدن تدریجی یکی از ویژگیهای کلیدی کوتولههای قهوهای است. هرچه یک کوتوله قهوهای پیرتر باشد، معمولاً سردتر و کمنورتر میشود و به همین دلیل، دو کوتوله قهوهای با جرم یکسان اما سن متفاوت میتوانند دما و ظاهر کاملاً متفاوتی داشته باشند. همین وابستگی دما به سن باعث میشود مطالعه کوتولههای قهوهای به شناخت فرایند سردشدن و تحول اجرام زیرستارهای و همچنین جو سیارههای غولگازی کمک کند.
کوتولههای قهوهای چه رنگی هستند؟
نام «کوتوله قهوهای» ممکن است این تصور را ایجاد کند که اگر بتوانیم یکی از آنها را از نزدیک ببینیم، جسمی قهوهایرنگ در آسمان خواهیم دید. اما واقعیت پیچیدهتر است. اگر میتوانستیم یکی از آنها را از فاصلهای مناسب با چشم غیرمسلح ببینیم، احتمالاً آن را به رنگ قرمز تیره، قرمز مایل به نارنجی یا ارغوانی میدیدیم. رنگ ظاهری کوتوله قهوهای به دمای آن و ترکیب شیمیایی جو آن بستگی دارد و با سردشدن جرم، تغییر میکند. ناسا نیز تأکید میکند که «کوتوله قهوهای» در واقع نامی گمراهکننده است؛ این اجرام درصورت مشاهده در نور مرئی، متمایل به قرمز دیده میشوند و بیشترین تابش خود را در فروسرخ منتشر میکنند.
دلیل رنگهای یادشده به دمای پایینتر کوتولههای قهوهای نسبت به ستارهها و ویژگیهای جو آنها بازمیگردد. کوتولههای قهوهای جوان و داغتر معمولاً رنگی متمایل به قرمز دارند، در حالی که با سردتر شدن آنها، ویژگیهای مولکولهایی مانند متان، آب و آمونیاک در جو پررنگتر میشود و ظاهرشان میتواند به سمت قرمز تیره یا ارغوانی تغییر کند. برای نمونه، ناسا درباره کوتولههای قهوهای رده T توضیح میدهد که اگر با چشم دیده شوند، میتوانند قرمز یا ارغوانی به نظر برسند.
اگر میتوانستیم یک کوتوله قهوهای را از فاصلهای مناسب با چشم غیرمسلح ببینیم، احتمالاً آن را به رنگ قرمز تیره، قرمز مایل به نارنجی یا ارغوانی میدیدیم
البته رنگی که در تصاویر تلسکوپهای فضایی میبینیم لزوماً رنگ واقعی جرم برای چشم انسان نیست. بیشتر کوتولههای قهوهای در نور مرئی آنقدر کمنورند که با چشم غیرمسلح دیده نمیشوند و اخترشناسان آنها را عمدتاً با استفاده از تابش فروسرخ شناسایی میکنند. در تصاویر فروسرخ، دانشمندان معمولاً طول موجهای مختلف را به رنگهای آبی، سبز و قرمز نگاشت میکنند تا تفاوتهای موجود در تابش جرم آشکار شود. بنابراین یک کوتوله قهوهای که در تصویر تلسکوپ سبز، قرمز یا حتی بنفش دیده میشود، لزوماً در واقع چنین رنگی ندارد.
حتی رنگ کوتولههای قهوهای سرگردان و بسیار سرد نیز میتواند متفاوت باشد. برای نمونه، ناسا در سال ۲۰۲۳ از کشف جرمی به نام CWISE 0506 خبر داد که یکی از سرخترین کوتولههای قهوهای سرگردان شناختهشده بود. پژوهشگران این سرخی شدید را نشانهای از جوانبودن جرم و وجود ابرهای ضخیم در جو آن دانستند.
چگونه کوتولههای قهوهای را پیدا میکنیم؟
کوتولههای قهوهای بهدلیل دمای پایین و ناتوانی در همجوشی پایدار هیدروژن، نور مرئی بسیار کمی منتشر میکنند و بسیاری از آنها با تلسکوپهای معمولی مشاهدهپذیر نیستند. به همین دلیل، اخترشناسان برای کشف آنها، عمدتاً به تابش فروسرخ و اثراتی که بر نور اجرام دیگر میگذارند متکی هستند.
- رصد در نور فروسرخ: کوتولههای قهوهای بیشتر انرژی خود را بهصورت تابش فروسرخ منتشر میکنند. تلسکوپهای فروسرخ مانند جیمز وب، اسپیتزر و WISE برای شناسایی این اجرام بسیار مهم بودهاند.
- بررسی رنگ و طیف: کوتولههای قهوهای در طول موجهای مختلف فروسرخ درخشندگی متفاوتی دارند. الگوی این تابش به اخترشناسان کمک میکند دما، ترکیب شیمیایی و رده طیفی جرم را تعیین کنند.
- جستوجوی متان و مولکولهای دیگر: وجود متان در جو میتواند نشانه مهمی برای شناسایی کوتولههای قهوهای سرد باشد. ویژگیهای طیفی آب، متان، آمونیاک و سایر مولکولها نیز اطلاعاتی درباره دمای جو و شرایط فیزیکی آنها فراهم میکنند.
- رصد هنگام گذر از مقابل ستاره: اگر کوتولهای قهوهای در منظومهای دوتایی از مقابل ستاره همراه خود بگذرد، مقدار اندکی از نور ستاره را مسدود میکند. از این «گذر» میتوان برای اندازهگیری شعاع و برخی ویژگیهای فیزیکی جرم استفاده کرد.
- بررسی اثر گرانشی: گرانش یک کوتوله قهوهای میتواند حرکت ستاره همراه یا حتی نور جرمی دورتر را تغییر دهد. در برخی موارد، از این اثرات گرانشی میتوان برای شناسایی کوتولههای قهوهای و تخمین جرم آنها استفاده کرد.
- رصد در طول موجهای رادیویی: برخی کوتولههای قهوهای میدانهای مغناطیسی قدرتمندی دارند و میتوانند امواج رادیویی تولید کنند. این تابش، بهویژه برای مطالعه کوتولههای قهوهای فعال و بررسی برهمکنشهای مغناطیسی آنها، کاربرد دارد.
- کوتوله سفید چیست؟ هرآنچه باید بدانید29 تیر 02مطالعه '10
- ستاره غول سرخ چیست؟ هرآنچه باید بدانید06 شهریور 02مطالعه '8
در مجموع، فروسرخ مهمترین پنجره برای یافتن کوتولههای قهوهای است؛ زیرا این اجرام بیشتر انرژی خود را در همین محدوده تابش میکنند. تلسکوپهایی مانند جیمز وب با حساسیت بسیار بالای خود در فروسرخ، امکان شناسایی کوتولههای قهوهای بسیار سرد و کمنور را فراهم کردهاند؛ حتی نمونههایی که جرمشان تنها چند برابر مشتری است.
چرا کوتولههای قهوهای برای مطالعه سیارهها مهماند؟
کوتولههای قهوهای فقط اجرامی عجیب در مرز میان ستارهها و سیارهها نیستند؛ آنها آزمایشگاههای طبیعی ارزشمندی برای مطالعه سیارهها، بهویژه غولهای گازی به شمار میروند. از آنجا که برخی کوتولههای قهوهای از نظر دما، جرم، ترکیب جوی و ساختار به سیارههای غول گازی شباهت دارند، مطالعه آنها میتواند به اخترشناسان کمک کند ویژگیهای سیارههایی را که مشاهده مستقیمشان بسیار دشوار است، بهتر بشناسند.
- آزمایشگاه طبیعی برای جو سیارهها: جو برخی کوتولههای قهوهای حاوی آب، متان، آمونیاک و ابرهایی از مواد معدنی است؛ ترکیباتی که در جو سیارههای غولگازی نیز انتظار میرود. مطالعه آنها به درک بهتر شیمی و ساختار جو سیارهها کمک میکند.
- مطالعه آبوهوای جهانهای بیگانه: کوتولههای قهوهای میتوانند ابرهای پیچیده، طوفانها و تغییرات جوی داشته باشند. رصد تغییرات روشنایی آنها در طول چرخش میتواند اطلاعاتی درباره ساختار و پویایی جو این اجرام در اختیار دانشمندان قرار دهد.
- شناخت بهتر سیارههای سرگردان: برخی اجرام با جرم سیارهای که آزادانه در فضای میانستارهای حرکت میکنند، از نظر دما و ترکیب به کوتولههای قهوهای سرد شباهت دارند. مطالعه کوتولههای قهوهای به اخترشناسان کمک میکند این اجرام سرگردان را بهتر شناسایی و از یکدیگر تفکیک کنند.
- کمک به شناخت شکلگیری سیارهها و ستارهها: کوتولههای قهوهای در محدودهای از جرم قرار دارند که فرایندهای شکلگیری ستارهای و سیارهای به یکدیگر نزدیک میشوند. مطالعه آنها میتواند سرنخهایی درباره این پرسش فراهم کند که چه زمانی یک جرم از مسیر شکلگیری در قالب ستاره جدا و چه زمانی به سیاره تبدیل میشود.
جمعبندی
کوتولههای قهوهای به ما یادآوری میکنند که طبیعت همواره با دستهبندیهای ساده انسانی سازگار نیست. آنها مانند ستارهها متولد میشوند، اما مانند ستارهها نمیدرخشند. از سیارههای غولپیکر پرجرمترند، اما نمیتوانند هیدروژن را مانند ستارهها در هسته خود بسوزانند. جو آنها میتواند شبیه جو مشتری باشد، اما منشأ شکلگیریشان به ستارهها نزدیکتر است. برخی در منظومههای دوتایی قرار دارند و برخی دیگر بهتنهایی در فضای میانستارهای سرگرداناند.
کوتولههای قهوهای همچنین به ما نشان دادهاند که «ستاره» و «سیاره» الزاماً دو جعبه کاملاً جدا از هم نیستند. در میان این دو، قلمرویی گسترده از اجرام وجود دارد که ویژگیهای هر دو را در خود جای دادهاند. شاید همین ویژگی، کوتولههای قهوهای را جذاب میکند: آنها «ناکام» نیستند؛ بلکه یکی از بهترین پنجرهها برای مطالعه مرز میان دو خانواده بزرگ اجرام کیهانی، یعنی ستارهها و سیارهها هستند.
هرچه تلسکوپهایی مانند جیمز وب عمیقتر به این اجرام کمنور و سرد نگاه کنند، احتمالاً مرز میان سیاره و ستاره نه سادهتر، بلکه پیچیدهتر خواهد شد. آنها بهخوبی نشان میدهند که در پهنه بیکران کیهان، بیتردید هنوز ناشناختههای فراوانی در انتظار کشف هستند.
