Ongeveer 1350 lichtjaar van de aarde bevindt zich een ster genaamd TOI-2155. De ster is iets groter, zwaarder en heter dan de zon, dus op zichzelf niet bijzonder ongebruikelijk. Wat echt opvalt is een kleiner object dat eromheen draait, TOI-2155b. Het bestaan ​​ervan kan alleen worden afgeleid door subtiele veranderingen in het licht van de ster waar te nemen wanneer deze voor zijn moederster langs beweegt.

Wat is TOI‑2155b precies? Is het een ‘minister’, een gigantische planeet of iets bijzonders daar tussenin? Zoals beschreven in een recent artikel gepubliceerd in The Astronomical Journal, weten onderzoekers nog niet zeker of TOI-2155b goed genoeg is om een ​​ster te worden genoemd, maar wat duidelijk is, is dat het zich op een zeer fascinerende grens lijkt te bevinden: tussen de ‘echte sterren’ die waterstoffusie kunnen ontsteken en in stand kunnen houden en in het universum kunnen schijnen, en die bruine dwergen die er niet in slagen duurzame waterstoffusie te ontsteken en ‘mislukte sterren’ worden genoemd.

Hoe sterren ‘falen’

Sterren ontstaan ​​uit enorme gaswolken in de ruimte. Hoe groot en zwaar moet een gaswolk zijn om uiteindelijk een ster te worden? Het klinkt als een simpele vraag, maar het zorgt al tientallen jaren voor discussie in de astronomische gemeenschap.

Dit komt omdat de ster in een ster alleen wanneer de door de zwaartekracht veroorzaakte druk groot genoeg is om waterstofatomen continu te laten samensmelten tot heliumatomen, continu intense hitte en licht kan produceren, wat ook het belangrijkste kenmerk van sterren is. Als de massa van een hemellichaam niet groot genoeg is, de interne druk niet voldoende is om dit soort fusie lange tijd in stand te houden, of de waterstoffusie om andere redenen niet echt kan "starten", dan zal deze gasmassa een "mislukte ster" worden, dat wil zeggen een bruine dwerg. Dergelijke objecten zullen in hun vroege levensfasen relatief heet zijn, maar door het ontbreken van aanhoudende waterstoffusie zal de straling geleidelijk zwakker worden en zal de oppervlaktetemperatuur langzaam dalen, waardoor alleen zwakke infraroodstraling overblijft.

Om erachter te komen welke gaswolken echte sterren zullen worden en welke in het bruine dwergstadium zullen blijven, moeten astrofysici zoeken naar monsters van de "overgangszone" - de zwaarste bruine dwergen en de lichtste sterren. TOI-2155b is hiervan een belangrijk voorbeeld, met een massa van ongeveer 80,6 keer die van Jupiter, bijna op de theoretisch kritische grens.

Kwaliteitsgrenzen zijn niet “brandschoon”

Het wetenschappelijke onderzoeksteam combineerde observatiegegevens van NASA's TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) en observaties van meerdere grondtelescopen over de hele wereld om het volume en de massa van TOI-2155b nauwkeurig te meten. De resultaten toonden aan dat het object bijna even groot was als Jupiter, maar ongeveer 80 keer massiever.

Intuïtief zou je kunnen hopen dat er een heel duidelijke ‘massadrempel’ bestaat. Zodra deze waarde wordt overschreden, zal een hemellichaam "transformeren" van een planeet of een bruine dwerg in een ster. Maar zoals zoveel grenzen in de natuur kent de werkelijkheid geen duidelijke scheidslijn. Traditionele theorie had de massagrens tussen planeten, bruine dwergen en sterren op ongeveer 75 tot 80 keer de massa van Jupiter geplaatst. De nieuwste theoretische modellen laten echter zien dat deze transformatie niet alleen wordt bepaald door kwaliteit als een enkele factor, maar ook wordt beïnvloed door vele andere parameters.

Uit onderzoek blijkt dat de leeftijd, de chemische samenstelling en zelfs de eigenschappen van de atmosfeer van een hemellichaam van invloed zijn op de vraag of het hemellichaam waterstoffusie kan initiëren en in stand kan houden. Dit is de reden waarom astronomen het nog steeds niet eens zijn over waar precies de massagrens tussen bruine dwergen en sterren getrokken moet worden. Tegen deze achtergrond is TOI-2155b, dat zich in het kritieke gebied bevindt, bijzonder belangrijk en biedt een waardevolle gelegenheid om de "genuanceerde verschillen" tussen theorie en observatie te testen.

Uiterst zeldzaam "overgangsobject"

Op basis van de huidige waarnemingen is TOI-2155b mogelijk een van de meest massieve bruine dwergen die ooit zijn ontdekt, of misschien wel een van de minst massieve. Het aantal bekende objecten binnen dit smalle massa-overgangsgebied is zeer beperkt, waardoor TOI-2155b een uiterst waardevol object is voor het bestuderen van de grens tussen bruine dwergen en sterren. In de ontwikkeling van de astronomie zijn veel belangrijke vorderingen voortgekomen uit diepgaand onderzoek naar de zeldzaamste en meest bijzondere hemellichamen, en TOI-2155b zal naar verwachting een van dergelijke ‘voorbeelden’ worden.

Natuurlijk kan geen enkel object het definitieve antwoord geven op de grens tussen bruine dwergen en sterren. Pas nadat in de toekomst meer hemellichamen met vergelijkbare massa's in de overgangszone worden ontdekt en er uiterst nauwkeurige metingen en langetermijnobservaties aan worden gedaan, kunnen wetenschappers de bestaande theoretische modellen verder optimaliseren. Tegen die tijd kunnen we misschien duidelijker de omstandigheden schetsen waaronder sterren ontbranden en miljarden jaren blijven branden, en kunnen we misschien beter begrijpen hoe deze ‘stellaire motoren’ het universum hebben gevormd tot wat het nu is.