Hideg csillagok

Közismert tény, hogy szigorúbb értelemben az éjszakai égbolt „csillagai” közül néhány valójában nem is csillag, hanem bolygó (esetenként valami más, pl. szabadszemes üstökös). Azt már jóval kevesebben tudják, hogy a kettő közötti határvonal ugyan éles, de a megkülönböztetés azért okoz néha fejfájást a csillagászoknak.

A csillagok kategorizálása leggyakrabban szín és sugárzási teljesítmény (luminozitás) alapján történik. Előbbi a hőmérséklettel áll bonyolult, kvantummechanikai okokra visszavezethető kapcsolatban: történetesen minél forróbb a felszíne, a csillag annál kékebb (vagyis a helyzet éppen fordított ahhoz képest, amit a fürdőszobában tapasztalunk: ott ugyanis a vörös a forró és a kék a hideg). Utóbbi, amit lényegében fényességnek is tekinthetünk, a csillag méretéről árulkodik: egy objektum ugyanis nyilván akkor fényesebb, ha nagyobb felületen keresztül sugározhat.

A luminozitás alapján a csillagokat hat, különös hangzású névvel fölcímkézett kategóriába szokás sorolni: szuperóriások, fényes óriások, óriások, szubóriások, törpék és szubtörpék (csillagunk, a Nap hivatalosan egy törpe). Az alosztályok közti megkülönböztetés hátterében bonyolult, csillagmagokra és -légkörökre vonatkozó reakciók és mechanizmusok rejlenek, a lényeg azonban közös: egy csillag végső soron azért csillag, mert a belsejében nukleáris reakciók zajlanak, történetesen könnyű atommagok nehezebbekké tapadnak össze.

Kicsi csillagok, óriás bolygók

Az imént említett, óriásoktól törpékig terjedő felsorolás azt sejteti, hogy a csillagoknak van egy fényesség, tehát tulajdonképpen méret szerinti alsó határa – vagyis vannak olyan objektumok, amik ugyan még csillagokra emlékeztetnek kívülről, de viszonylag kicsik és a belsejükben már nem igazán folyik nukleáris reakció. Egészen világos, hogy az ilyen objektumokat azért még nem vehetjük egy kalap alá a közismert értelemben is vett bolygókkal (ilyeneket eddig ugyanis csak csillagok körül figyeltünk meg, míg a csillagszerű képződmények „szólóban” is előfordulhatnak), így ezeket a „lefulladt” csillagokat barna törpéknek keresztelték el.

A barna törpék belsejében is beindulhatnak magreakciók, ezek azonban nem azok a klasszikus folyamatok, mint a normális csillagok belsejében, hanem mások – ettől függetlenül energia felszabadulásával járnak, vagyis a barna törpék saját sugárzással rendelkeznek (ellentétben pl. a Holddal, ami ugye csak a Nap fényét tükrözi). Ez azonban meg ahhoz nem feltétlenül elég, hogy egy objektumtól teljesen elvitassuk a bolygó címet, és egyből barna törpévé kiáltsuk ki: Naprendszerünk gázóriásai közt is jellemző ugyanis, hogy több energiát sugároznak kifelé, mint amennyit a Naptól kapnak. Ennek oka abban rejlik, hogy keletkezésükkor ezek a planéták összehúzódáson mentek keresztül, ahol a gravitációs energia hővé alakult (hasonlóan ahhoz, ahogy a zuhanó tégla esetében is a gravitáció a mozgási energia növekedéséhez járul hozzá) – ez raktározódott el a belsejükben úgy, hogy még mára is maradt belőle.

Ami alapján a barna törpék tartományát precízen be lehet lőni, az a tömeg (ez legalább olyan fontos, mint a szín vagy a fényesség, csak nehezebb kimérni; valójában szoros összefüggésben állnak egymással): a hivatalos definíció szerint a barna törpék tömege legalább tizenháromszorosa a Jupiterének, míg felső határnak kb. a 80 jupitertömeget szokás megtenni.

Vörös törpék

Az igazi kihívás a barna törpék és a nagyon kicsiny tömegű csillagok megkülönböztetése: ezeket együttesen vörös törpéknek hívjuk. Tulajdonképpen az összes paraméterükben megegyeznek, az egyetlen eltérés az, hogy a kis csillagok belsejében más reakciók zajlanak – mivel ezek mélyen a csillag gyomrában folynak, nem lehet közvetlenül érzékelni a különbséget, más eszközhöz kell folyamodnunk.

A modellek alapján a barna törpék sok lítiumot tartalmaznak: ez belső szerkezeti sajátosságaik miatt van így (az objektum anyaga nem elég forró, továbbá nem keveredik át eléggé). A cél tehát a lítium detektálása: amennyiben ez sikerül, minden bizonnyal barna törpével van dolgunk.

A csillagászat egyik legnagyobb eredménye, hogy a különféle égitestek anyagi összetétele pusztán a szín alapján megállapítható (asztrospektroszkópia). A dolog mögött egyszerűen fölvázolható elv húzódik meg: bizonyos atomok elnyelik a fény egyes összetevő színeit,vagyis ezek a színek nem jutnak el a Földig, így hiányukból tudunk következtetni az őket föltartóztató atomok jelenlétére.

A törpék sorsa

Az asztrofizika egyik legsarkosabb állítása az, hogy minél kisebb tömegű egy csillag, annál tovább él (annál tovább képes sugározni; a számítások azt mutatják, hogy ha egy csillag tömege megkétszereződne, akkor ugyan duplája volna a reakcióba vihető anyag mennyisége, de a földolgozási ütem is kb. 10-szer gyorsabb). A vörös törpék ennek tükrében igen hosszú életűek: ez jó, mert ez az idő kellően hosszú ahhoz, hogy esélyt adjon az élet kifejlődéséhez egy vörös törpe körüli bolygón.

Ez rányomja bélyegét kutatásuk jövőjére is: a pontosabb kategorizálás majd segítheti az elméletek letisztulását, ez pedig nagyban hozzájárulhat ahhoz, hogy fizikai és kémiai természetüket mind jobban megismerjük.