19 oktober 2017

Bruine dwerg ontdekt die kouder is dan een kop thee

Impressie van een bruine dwerg

Tsja, het is wellicht een rare vergelijking, maar het maakt wel duidelijk waar we mee te maken hebben. Op 75 lichtjaren van ons vandaan hebben sterrenkundigen een bruine dwerg ontdekt – CFBDSIR J1458+1013B heet ’t object, tsja ik heb ’t ook niet verzonnen – wiens oppervlaktetemperatuur 97

Reacties

  1. Michiel zegt:

    Ja ja, ik weet wel dat het niet zo is, maar toch. Je zou zo'n bruine dwerg bijna een planeet kunnen noemen. Al is bijna het enige wat overeenkomt de aardse temperatuur.

  2. DaMatriX zegt:

    Wel, een bruine dwerg een planeet noemen is niet te beargumenteren. Immers, planeten ontstaan per definitie rondom een andere ster. De bruine dwerg uit het onderzoek gaat, zover ik weet, solitair door het leven. Een andere situatie ontstaat bij bruine dwergen die rondom andere sterren ontstaan zijn. Die zou je met veel fantasie een soort van 'planeet' kunnen noemen, zeker als de onderlinge afstand tot de moederster relatief klein is.

    Echter, bruine dwerge onderscheiden zich op bepaalde punten wel degelijk van planeten (zoals Super-Jupiters, de zwaarste categorie), ongeacht het ontstaansproces van de bruine dwerg. De belangrijkste eigenschap is het feit dat bruine dwergen wel degelijk, gedurende een deel van hun bestaan, aan fusie doen! Maar wacht even….Adrianus had gezegd dat daar een massa van minstens 80 keer Jupiter voor nodig is! Hoe zit dat dan?

    Wel, vanaf minstens 80 Jupitermassa's (hoewel de werkelijke waarde wellicht dichter bij 90 ligt) kan een bruine dwerg aan waterstoffusie doen (en is deze als gevolg geen bruine dwerg meer, maar een rode dwerg – een echte ster dus). Maar vanaf 13 Jupitermassa's kan een bruine dwerg aan deuteriumfusie doen. Deuterium is een variant (isotoop) van waterstof. Vanaf 65 Jupitermassa's doet een bruine dwerg ook aan lithiumfusie (lithium is een ander, zwaarder, isotoop van waterstof).

    Nu zeggen jullie natuurlijk: "hoe kan een object dat aan kernfusie doet zo koel zijn?". Het antwoord is als volgt: deuterium en lithium zijn relatief zeldzaam in het heelal. Ergo: bruine dwergen bevatten maar een beetje van deze isotopen en zijn als gevolg bijzonder snel door hun voorraad heen. Zodra dat gebeurd, koelen ze langzaam af en gaan ze inderdaad, na verloop van miljarden jaren, meer op een planeet lijken.

    Oftewel: alle bruine dwergen hebben ooit aan fusie gedaan. Als ze dat niet gedaan hebben, zijn ze per definitie geen bruine dwerg. De scheidingsmassa van fusie en niet-fusie bedraagt 13 Jupitermassa's. Deze massa wordt daarom als scheidingslijn gebruikt tussen 'bruine dwerg' en 'planeet'.

    Ten slotte: Adrianus heeft verteld dat het object uit dit artikel 6 tot 15 Jupitermassa's is. Dat betekent dat de kans groot is dat het object onder de vereiste 13 Jupitermassa's valt. Dat betekent dat het object toch geen bruine dwerg is. Maar wat dan wel?

    Er zijn twee mogelijkheden:

    1. Het is een planeet zonder moederster…een object ooit ontstaan rond een andere ster en later weggeschoten en verbannen. Een 'free floating planet' dus!

    2. Het is een object dat op dezelfde manier is ontstaan als een ster en/of bruine dwerg, maar qua massa in het planetendom is gebleven. Een dergelijk object noemen ze een sub-bruine dwerg of een planemo ('planetary mass object').

  3. Ik kan wel inpakken, met zulke attente lezers. 🙂 @DaMatriX, ik ben 't helemaal met Michiel eens: bedankt voor de info. Ik merk zelf overigens dat het klassieke onderscheid tussen planeet en ster door recente ontdekkingen enorm aan het vervagen is. Het begint al met het onderscheid tussen vaste planeten en gasplaneten. Dan heb je vervolgens de gasplaneten en bruine dwergen, die erg op elkaar lijken, afgezien dan van die deuteriumverbranding van de laatste categorie. En tenslotte de bruine dwergen versus de kleinste soort 'echte' sterren, de rode dwergen. De 'gradiënt' tussen echte planeten en echte sterren wordt steeds meer bevolkt door allerlei 'missing links'. Eh… klinkt een beetje cryptisch, ik hoop dat ik duidelijk ben. Dat van die deuteriumverbranding in bruine dwergen wist ik overigens ook niet. Ook wat geleerd!

  4. Olaf van Kooten zegt:

    Het klopt wat je zegt: de scheiding tussen 'ster', 'bruine dwerg' en 'planeet' wordt steeds schimmiger. Ik houd van missing links! Zowel in de sterrenkunde als in de biologie. Bruine dwergen vormen werkelijk een tussenobject tussen 'ster' en 'planeet': ze doen aan fusie (wat planeten niet doen), maar niet aan waterstoffusie (wat sterren wel doen). Bovendien is de hoeveelheid fusie-materiaal dusdanig klein, dat de voorraad is uitgeput voordat de bruine dwergen goed en wel een heliumkern hebben opgebouwd (het opbouwen van een heliumkern is een vereiste voor het evolueren tot rode reus en, ten slotte, tot inerte niet-fuserende witte dwerg). Als gevolg: geen evolutionaire veranderingen zoals echte sterren die kennen. Geen evolutie naar rode reus en ten slotte witte dwerg. In plaats daarvan het langzaam uitdoven zonder significante veranderingen in de interne structuur.

    Overigens geldt dit ook voor sommige rode dwergen. Alle rode dwergen doen dusdanig langzaam aan kernfusie, dat sowieso nog geen één rode dwerg de kans heeft gehad om te evolueren. Echter: relatief massieve rode dwergen zullen ooit, in de verre toekomst, gaan evolueren tot een soort van rode reus. Helaas zijn wetenschappers er niet over eens of ze daarna ook een echte witte dwerg vormen. Rode dwergen met een lage massa zullen, volgens bepaalde inzichten, niet op dezelfde manier gaan evolueren, hoewel wetenschappers daar niet zeker over zijn.

    Dat betekent dat rode dwergen met lage massa relatief veel op bruine dwergen lijken, met het verschil dat rode dwergen juist heel lang met hun voorraad doen: dat komt doordat waterstof algemeen voorkomt in de kernen van rode dwergen en dat, gecombineerd met het langzame verbranden, zorgt voor een lange levensduur. Bruine dwergen hebben dusdanig weinig deuterium en lithium, dat zij nog sneller door hun voorraad heen zijn dan zelfs de massiefste echte sterren. Vandaar dat rode dwergen heel lang schijnen en bruine dwergen heel kort.

    (dit hele verhaal werpt natuurlijk een aanvullende vraag op: zowel witte dwergen als bruine dwergen hebben ooit aan fusie gedaan en zijn niet-fuserende inerte overblijfsels geworden. Toch zijn witte dwergen een zeer extreme vorm van materie, en bestaan niet-fuserende bruine dwergen toch vooral uit 'planeetachtige' vormen van materie. Maar waarom? Wat zorgt eigenlijk voor het ontstaan van witte dwergen? En waarom kunnen bruine dwergen geen witte dwergen worden? Het antwoord daarop kan ik deels wel geven, maar dat zal een lang verhaal worden buiten de context van deze reactie, maar kan ik deels ook niet geven, omdat ik niet alle ins en outs ken op dit gebied. Ik ben ook maar een amateur!)

    Dan nu het volgende: de (sub-)bruine dwerg uit het artikel is bijzonder koel. Veel koeler dan andere ontdekte bruine dwergen. Toch doen ze allemaal niet langer aan fusie. Vanwaar dan de temperatuurverschillen? Dit hangt samen met de volgende eigenschappen:

    1. Massa. Hoe massiever de bruine dwerg, hoe hoger de warmteproductie gedurende hun (uiterst korte) fase van fusie. Dat betekent dat deze objecten relatief lang licht (en warmte) blijven produceren als gevolg van restwarmte. Met andere woorden: een object met veel restwarmte heeft langer nodig om af te koelen.

    2. Leeftijd. Hoe ouder de bruine dwerg, hoe lager de temperatuur.

    Hoewel ik de leeftijd van de (sub-)bruine dwerg uit het artikel niet ken, schat ik dat (als gevolg van de lage massa) het eerste bovenstaande argument van toepassing is op het verklaren van de lage temperatuur.

    Tot slot het volgende: sterren worden ingedaald in spectraalklassen, waarbij iedere spectraalklasse verband houdt met de temperatuur van de ster in kwestie. Meestal geldt: hoe heter, hoe massiever. Massieve sterren hebben een 'hoge' spectraalklasse, lichte sterren een lage spectraalklasse. Overigens geldt dit schema alleen voor sterren die aan pure waterstoffusie doen. Sterren in een verdere fase van evolutie houden zich niet altijd aan het verband hoge temp-hoge massa. Kijk bijvoorbeeld maar naar witte dwergen: die zijn relatief licht (hoewel veel zwaarder dan je zou denken aan de hand van hun grootte, en zéker veel zwaarder dan bruine dwergen) maar toch heel heet, ergo een hoge spectraalklasse. Ook hier is 'restwarmte' wederom het sleutelwoord.

    Goed, sterren met een kern van waterstoffusie (die, m.a.w. in de 'hoofdgroep' zitten) worden ingedeeld in spectraalklassen. Dit zijn, van heet naar koel, de volgende klassen: O, B, F, G, K, M. Te onthouden met het ezelsbruggetje 'Oh Be a Fine Girl Kiss Me'. Klasse O zijn het heetst (blauwe superreuzen behoren bijv. tot deze categorie), klasse M zijn het koelst (alle rode dwergen zitten in deze categorie). Aangezien bruine dwergen mislukte sterren zijn, maar sterren 'nontheless', moeten ook zij in een spectraalschema geplaatst kunnen worden. De spectraaltypen van bruine dwergen zijn, van heet naar koel: L, T en Y.

    Sorry voor deze lange reactie, die misschien ook wat langdradig is, maar dat komt deels door het tijdstip: mijn hoofd werkt 's nachts wat minder dan overdag 🙂

    Groeten,

    Olaf van Kooten

  5. Olaf van Kooten zegt:

    Ik heb ooit overigens een bijzonder lang artikel geschreven over de evolutie van zon-achtige sterren. Hier wordt het verhaal over het achterliggende oorzaak van stellaire evolutie (zoals die tot rode reus en witte dwerg) uitgebreid behandeld. Ik ben ook ooit begonnen aan een soortgelijk artikel over de evolutie van sterren (veel) zwaarder dan de zon, maar die is nog niet af, en ligt eigenlijk al jaren in een stoffige digitale lade. Wat betreft sterren die verband houden met het artikel (rode en bruine dwergen): daar heb ik helaas nog nooit iets mee gedaan.

    Maar wat ik eigenlijk wil zeggen: wellicht dat ik dat artikel ooit een keer kan plaatsen op Astroblogs? (*kijkt lief naar Adrianus*) 😉

    • Olaf, leuk om weer 'ns iets van je te horen/lezen. 🙂

    • Uiteraard. Je mailt het artikel naar mij (adrianusv apestaart astroblogs punt nl) en ik plaats het hier. Als de sterrenkunde weer begint te kriebelen kan je trouwens best wel als gast-auteur voor de Astroblogs 'dienen', ahum… Voel je vrij af en toe een bijdrage te leveren.

  6. Olaf van Kooten zegt:

    Dank je! Ik ben er lange tijd 'uit' geweest, deels door mijn ziekte, en deels doordat ik het een beetje gehad had met sterrenkunde. Begrijp me niet verkeerd: ik vond het nog steeds interessant, maar na jaaaaaren lang niet anders dan sterrenkunde (als schrijver en later webmaster van Astrostart, moge die site rusten in vrede) had ik het gewoon gehad! Ik heb zeer veel interesses buiten sterrenkunde, en die ben ik gaan najagen. Maar nu, anderhalf jaar na het einde van Astrostart, begint het weer te kriebelen :).

  7. Michiel zegt:

    Leuk wat zo'n 'nutteloze' reactie van mij allemaal teweeg brengt 🙂

    Ik lees met veel plezier het verhaal hierboven en kijk uit naar de eventuele gastbijdragen.

Laat wat van je horen

*