Najmniejsza znana gwiazda głównego ciągu w galaktyce Drogi Mlecznej jest prawdziwym pikusiem.
Nazywa się EBLM J0555-57Ab, czerwony karzeł oddalony o 600 lat świetlnych. Ze średnim promieniem około 59 000 kilometrów, jest niewiele większa od Saturna. To czyni ją najmniejszą znaną gwiazdą, która wspiera fuzję wodorową w swoim jądrze, proces, który utrzymuje gwiazdy w stanie spalania aż do wyczerpania paliwa.
W naszym Układzie Słonecznym są dwa obiekty większe od tej maleńkiej gwiazdy. Jednym z nich jest oczywiście Słońce. Drugi to Jowisz, niczym gigantyczna gałka lodów, o średnim promieniu 69 911 kilometrów.
Dlaczego więc Jowisz jest planetą, a nie gwiazdą?
Krótka odpowiedź jest prosta: Jowisz nie ma wystarczającej masy, aby stopić wodór w hel. EBLM J0555-57Ab ma masę około 85 razy większą od masy Jowisza, czyli jest tak lekka, jak tylko gwiazda może być – gdyby miała mniejszą masę, nie byłaby w stanie syntetyzować wodoru. Ale gdyby nasz Układ Słoneczny był inny, czy Jowisz mógłby zapłonąć w gwiazdę?
Jowisz i Słońce są bardziej podobne niż myślisz
Gazowy gigant może nie jest gwiazdą, ale Jowisz to wciąż wielka sprawa. Jego masa jest 2,5 razy większa niż masa wszystkich innych planet razem wziętych. Tylko, że będąc gazowym olbrzymem, ma naprawdę niską gęstość: około 1,33 grama na centymetr sześcienny; gęstość Ziemi, przy 5,51 grama na centymetr sześcienny, jest nieco ponad cztery razy większa niż Jowisza.
Ale interesujące jest zauważyć podobieństwa między Jowiszem a Słońcem. Gęstość Słońca wynosi 1,41 grama na centymetr sześcienny. I te dwa obiekty są bardzo podobne pod względem składu. Pod względem masy Słońce składa się w około 71 procentach z wodoru i 27 procentach z helu, a resztę stanowią śladowe ilości innych pierwiastków. Jowisz pod względem masy to około 73 procent wodoru i 24 procent helu.
To z tego powodu Jowisz jest czasami nazywany nieudaną gwiazdą.
Ale nadal jest mało prawdopodobne, że pozostawiony samemu sobie w Układzie Słonecznym, Jowisz stałby się nawet bliski bycia gwiazdą.
Gwiazdy i planety, widzisz, rodzą się poprzez dwa bardzo różne mechanizmy. Gwiazdy rodzą się, gdy gęsty węzeł materiału w międzygwiezdnym obłoku molekularnym zapada się pod wpływem własnej grawitacji – pouf! flomph! – obracając się przy tym w procesie zwanym zapadaniem się chmury. W miarę jak się obraca, gromadzi więcej materiału z obłoku wokół siebie w gwiezdny dysk akrecyjny.
Jak masa – a więc i grawitacja – rośnie, jądro młodej gwiazdy jest ściskane coraz mocniej, co powoduje, że staje się coraz gorętsze. W końcu staje się tak ściśnięte i gorące, że jądro zapala się i rozpoczyna się fuzja termojądrowa.
Zgodnie z naszym rozumieniem formowania się gwiazd, gdy gwiazda kończy akrecję materiału, pozostaje po niej cała masa dysku akrecyjnego. To właśnie z niego zbudowane są planety.
Astronomowie uważają, że w przypadku gazowych olbrzymów takich jak Jowisz, proces ten (zwany akrecją kamyków) zaczyna się od małych kawałków lodowej skały i pyłu w dysku. Podczas orbitowania wokół młodej gwiazdy, te kawałki materiału zaczynają się zderzać, sklejając się ze sobą dzięki elektryczności statycznej. W końcu te rosnące grudki osiągają na tyle duży rozmiar – około 10 mas Ziemi – że mogą grawitacyjnie przyciągać coraz więcej gazu z otaczającego je dysku.
Od tego momentu Jowisz stopniowo rósł do swojej obecnej masy – około 318 razy większej od masy Ziemi i 0,001 razy większej od masy Słońca. Kiedy już wchłonął cały materiał, który był dla niego dostępny – z dala od masy wymaganej do fuzji wodorowej – przestał rosnąć.
Więc Jowisz nigdy nie był nawet bliski wzrostu na tyle masywnego, aby stać się gwiazdą. Jowisz ma podobny skład do Słońca nie dlatego, że był „nieudaną gwiazdą”, ale dlatego, że narodził się z tego samego obłoku gazu molekularnego, który dał początek Słońcu.
Prawdziwe nieudane gwiazdy
Istnieje inna klasa obiektów, które można uznać za „nieudane gwiazdy”. Są to brązowe karły, które wypełniają lukę pomiędzy gazowymi olbrzymami a gwiazdami.
Początkując od masy ponad 13 razy większej od masy Jowisza, obiekty te są wystarczająco masywne, aby wspierać fuzję jądrową – nie zwykłego wodoru, ale deuteru. Jest to znany również jako „ciężki” wodór; jest to izotop wodoru z protonem i neutronem w jądrze zamiast tylko jednego protonu. Jego temperatura i ciśnienie syntezy są niższe niż temperatura i ciśnienie syntezy wodoru.
Ponieważ zachodzi przy niższej masie, temperaturze i ciśnieniu, synteza deuteru jest pośrednim etapem na drodze do syntezy wodoru dla gwiazd, ponieważ kontynuują one akumulację masy. Ale niektóre obiekty nigdy nie osiągają tej masy; są one znane jako brązowe karły.
Przez pewien czas po tym, jak ich istnienie zostało potwierdzone w 1995 roku, nie było wiadomo, czy brązowe karły są nieudanymi gwiazdami, czy zbyt ambitnymi planetami; ale kilka badań wykazało, że tworzą się one tak samo jak gwiazdy, raczej z zapadania się chmur niż z akrecji jądra. A niektóre brązowe karły są nawet poniżej masy dla spalania deuteru, nie do odróżnienia od planet.
Jowisz jest dokładnie na dolnej granicy masy dla zapadania się chmury; najmniejsza masa obiektu zapadającego się chmury została oszacowana na około jedną masę Jowisza. Więc jeśli Jowisz uformował się z zapadania się chmur, mógłby być uznany za nieudaną gwiazdę.
Ale dane z należącej do NASA sondy Juno sugerują, że kiedyś, przynajmniej kiedyś, Jowisz miał stałe jądro – i to jest bardziej zgodne z metodą akrecji rdzenia.
Modelowanie sugeruje, że górna granica dla masy planety, tworzącej się poprzez akrecję rdzenia, jest mniejsza niż 10 razy masa Jowisza – tylko kilka mas Jowisza nieśmiałych do fuzji deuteru.
Więc, Jowisz nie jest nieudaną gwiazdą. Ale myślenie o tym, dlaczego nią nie jest, może nam pomóc lepiej zrozumieć, jak działa kosmos. Dodatkowo, Jowisz jest pasiastym, burzliwym, zawirowanym, maślanym cudem samym w sobie. A bez niego my, ludzie, moglibyśmy nawet nie być w stanie istnieć.
To jednak jest inna historia, do opowiedzenia innym razem.
.