Den minsta kända huvudföljdstjärnan i Vintergatan är en riktig pixie.
Den kallas EBLM J0555-57Ab och är en röd dvärg 600 ljusår bort. Med en genomsnittlig radie på cirka 59 000 kilometer är den bara lite större än Saturnus. Det gör den till den minsta kända stjärnan som stöder vätefusion i sin kärna, den process som håller stjärnor brinnande tills de har slut på bränsle.
I vårt solsystem finns det två objekt som är större än den här pyttesmå stjärnan. Den ena är naturligtvis solen. Det andra är Jupiter, som är som en gigantisk glass, med en genomsnittlig radie på 69 911 kilometer.
Så varför är Jupiter en planet och inte en stjärna?
Det korta svaret är enkelt: Jupiter har inte tillräckligt med massa för att smälta väte till helium. EBLM J0555-57Ab har ungefär 85 gånger Jupiters massa, ungefär så lätt som en stjärna kan vara – om den var lägre skulle den inte heller kunna smälta väte. Men om vårt solsystem hade varit annorlunda, hade Jupiter då kunnat antända till en stjärna?
Jupiter och solen är mer lika varandra än du tror
Gasjätten kanske inte är en stjärna, men Jupiter är ändå en Big Deal. Dess massa är 2,5 gånger större än alla andra planeter tillsammans. Det är bara det att den, eftersom den är en gasjätte, har en mycket låg densitet: cirka 1,33 gram per kubikcentimeter. Jordens densitet, 5,51 gram per kubikcentimeter, är drygt fyra gånger högre än Jupiters.
Men det är intressant att notera likheterna mellan Jupiter och solen. Solens densitet är 1,41 gram per kubikcentimeter. Och de två objekten har en mycket likartad sammansättning. Sett till massa består solen av cirka 71 procent väte och 27 procent helium, medan resten består av spår av andra grundämnen. Jupiter består av cirka 73 procent väte och 24 procent helium.
Det är av denna anledning som Jupiter ibland kallas för en misslyckad stjärna.
Men det är fortfarande osannolikt att Jupiter, om den lämnades åt solsystemets egna krafter, ens skulle komma i närheten av att bli en stjärna.
Stjärnor och planeter föds nämligen genom två mycket olika mekanismer. Stjärnor föds när en tät knut av material i ett interstellärt molekylmoln kollapsar under sin egen gravitation – pouf! flomph! – och snurrar runt i en process som kallas molnkollaps. Medan den snurrar spolar den in mer material från molnet runt omkring sig i en stjärnans ackretionsskiva.
När massan – och därmed gravitationen – växer pressas kärnan i stjärnbarnet allt hårdare, vilket gör att den blir allt varmare. Till slut blir den så komprimerad och varm att kärnan antänds och termonukleär fusion startar.
Enligt vår förståelse av stjärnbildning, när stjärnan har slutat ackredera material, blir en hel del ackretionsskiva kvar när stjärnan har slutat ackredera material. Det är detta som planeterna är gjorda av.
Astronomer tror att för gasjättar som Jupiter börjar denna process (kallad pebble accretion) med små bitar av isiga stenar och stoft i skivan. När de kretsar kring babystjärnan börjar dessa bitar av material att kollidera och klistras ihop med statisk elektricitet. Så småningom når dessa växande klumpar en tillräckligt stor storlek – omkring 10 jordmassor – så att de gravitationellt kan dra till sig mer och mer gas från den omgivande skivan.
Från den punkten växte Jupiter gradvis till sin nuvarande massa – ungefär 318 gånger jordens massa och 0,001 gånger solens massa. När den väl hade sugit upp allt material som var tillgängligt för den – ganska långt ifrån den massa som krävs för vätefusion – slutade den att växa.
Jupiter var alltså aldrig ens i närheten av att bli tillräckligt massiv för att bli en stjärna. Jupiter har en liknande sammansättning som solen, inte för att den var en ”misslyckad stjärna” utan för att den föddes ur samma moln av molekylärgas som födde solen.
De verkliga misslyckade stjärnorna
Det finns en annan klass av objekt som kan betraktas som ”misslyckade stjärnor”. Dessa är de bruna dvärgarna, och de fyller gapet mellan gasjättar och stjärnor.
Dessa objekt, som börjar vid mer än cirka 13 gånger Jupiters massa, är tillräckligt massiva för att stödja kärnfusion – inte av vanligt väte, utan av deuterium. Detta är också känt som ”tungt” väte; det är en isotop av väte med en proton och en neutron i kärnan i stället för bara en enda proton. Dess fusionstemperatur och tryck är lägre än fusionstemperaturen och trycket för väte.
Då den sker vid lägre massa, temperatur och tryck är deuteriumfusion ett mellansteg på vägen till vätefusion för stjärnor, när de fortsätter att ackumulera massa. Men vissa objekt uppnår aldrig den massan; dessa är kända som bruna dvärgar.
Ett tag efter att deras existens bekräftades 1995 var det okänt om bruna dvärgar var underpresterande stjärnor eller överambitiösa planeter; men flera studier har visat att de bildas precis som stjärnor, genom molnkollaps snarare än kärnans ackretion. Och vissa bruna dvärgar ligger till och med under massan för deuteriumförbränning och går inte att skilja från planeter.
Jupiter ligger precis på den nedre massegränsen för molnkollaps; den minsta massan av ett molnkollapsobjekt har uppskattats till ungefär en Jupiters massa. Så om Jupiter hade bildats genom molnkollaps skulle den kunna betraktas som en misslyckad stjärna.
Men data från NASA:s Junosond tyder på att Jupiter åtminstone en gång i tiden hade en fast kärna – och det stämmer bättre överens med metoden för att bilda en kärna genom ackretion.
Modellering tyder på att den övre gränsen för en planets massa, som bildas genom kärnans ackretion, är mindre än 10 gånger Jupiters massa – bara några Jupitermassor som är i närheten av deuteriumfusion.
Jupiter är alltså inte en misslyckad stjärna. Men att fundera på varför den inte är det kan hjälpa oss att bättre förstå hur kosmos fungerar. Dessutom är Jupiter ett randigt, stormigt, virvlande butterscotchunder i sin egen rätt. Och utan den hade vi människor kanske inte ens kunnat existera.
Det är dock en annan historia som ska berättas en annan gång.