A barna törpéket bukott csillagoknak is szokták nevezni, mivel gravitációs összeomlás révén alakulnak ki, mint a csillagok, de nem rendelkeznek elég tömeggel ahhoz, hogy belsejükben beinduljon a magfúzió. A legkisebb barna törpék tömege akár az óriásbolygókéval is átfedésben lehet: a most felfedezett objektum tömege mindössze három-négyszerese a Jupiterének.

A felfedezés azért különösen fontos, mert a csillagászok régóta próbálják meghatározni azt a tömeget, amely a csillagszerűvé válása minimuma lehet. „Az egyik alapvető kérdés, amelyet minden csillagászati tankönyvben megtalál az ember, hogy melyek a legkisebb csillagok. Mi is erre próbálunk választ adni” – magyarázza Kevin Luhman, a Pennsylvaniai Állami Egyetem kutatója, az eredményekről beszámoló tanulmány vezető szerzője.

Az újonnan felfedezett barna törpét Luhman és kollégája, Catarina Alves de Oliveira az IC 348 csillaghalmazban azonosította, amely mintegy 1000 fényévre található a Perseus csillagkeletkezési régióban. Ez egy fiatal, mindössze ötmillió éves halmaz, így a benne található barna törpék viszonylag fényesek az infravörös tartományban, mivel sok hőjük maradt formálódásukból.

A kutatócsoport először a Webb közeli infravörös kamerája segítségével vizsgálta a halmaz központját, hogy fényességük és színük alapján azonosítani tudják a barna törpejelölteket. A legígéretesebb célpontokat aztán közeli infravörös spektrográffal is tanulmányozták. A munka során három érdekes, három-nyolc jupitertömegű, 830–1500 °C közötti felszíni hőmérsékletű célpontot azonosítottak. A legkisebb tömege a számítógépes modellek szerint mindössze három-négyszerese a Jupiterének.

Elméleti szinten nagy kihívást jelent megmagyarázni, hogyan alakulhatott ki egy ilyen apró barna törpe. A nehéz és sűrű gázfelhőknek bőven elég a gravitációja van ahhoz, hogy összeomoljanak egy csillaggá. A kisebb felhők esetében azonban ez a gyengébb gravitáció miatt sokkal problémásabb, így az óriásbolygókhoz hasonló tömegű barna törpék keletkezése kapcsán sok a rejtély.

Ahogy Catarina Alves de Oliveira, az ESA kutatója, a megfigyelési program vezetője mondja, a jelenlegi modellek alapján arra viszonylag egyszerű magyarázatot adni, hogyan képződnek az óriásbolygók egy csillag körüli anyagkorongban. Ebben a halmazban azonban a jelek szerint a kérdéses barna törpe önállóan formálódott, vagyis csillagként alakult ki, amely viszont tömegre mindössze háromszázada a Napnak. Fel kell tenni tehát a kérdést, hogyan működhet a csillagkeletkezési folyamat ilyen nagyon-nagyon kis tömegeknél, mondja a kutató.

Az apró barna törpék emellett az exobolygók jobb megismerésében is segíthetnek a csillagászoknak. A legkisebb tömegű barna törpék átfedésben vannak a legnagyobb exobolygókkal, ezért várhatóan hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek. Egy szabadon lebegő barna törpét ugyanakkor adott esetben könnyebb tanulmányozni, mint egy óriás exobolygót, amely szinte elveszik csillagának fényében.

Az új felmérés során azonosított barna törpék közül kettő egy azonosítatlan szénhidrogén színképjeleit mutatja. Érdekes módon ugyanezt az infravörös jelet észlelte a NASA Cassini űrszondája a Szaturnusz és holdja, a Titán légkörében is, de a csillagközi gázban is detektálták már. „Ez az első alkalom, hogy ezt a molekulát egy Naprendszeren kívüli objektum légkörében észleltük” – mondja Alves de Oliveira.

Mivel a detektált objektumok az óriásbolygók tömegtartományán belül vannak, felmerül a kérdés, hogy valóban barna törpékről van-e szó, nem pedig bolygórendszerekből kilökődött nomád bolygókról. Bár a kutatócsoport az utóbbit sem tudja kizárni, azt állítják, hogy sokkal valószínűbb, hogy barna törpék az égitestek. Egyrészt az ekkora nomád bolygók nagyon ritkának tűnnek, másrészt a vizsgált csillaghalmaz jellemzően kis tömegű csillagokat tartalmaz, amelyek körül még valószínűtlenebb ilyen nagy bolygók formálódása.

További hasonló objektumok felfedezése segíthet tisztázni a kérdéseket. A mostani kutatás folytatásában várhatóan a Jupiter tömegének kétszereséig terjedően észlelhetnek égitesteket, a jövőben pedig hosszabb felmérésekkel elképzelhető lehet a Jupiter tömegéig is „lemenni” a barna törpék kapcsán – már ha léteznek egyáltalán ekkora objektumok a kategóriában.