Nalik svjetlucavim draguljima koji okružuju skupinu blistavih dijamanata, više od 300 tek "izleglih" zvijezda i smeđih patuljaka, vidljivi su oko najsjajnijih i najmasivnijih zvijezda (u sredini slike) Hubbleova prikaza središnjeg područja jata Trapez. Svi nebeski objekti u Trapezu rođeni su zajedno u ovoj zvjezdanom rasadniku. Jato je dobilo ime po trapezoidnom rasporedu središnjih masivnih zvijezda.

Smeđi patuljci su plinoviti objekti s masama premalim da bi njihove jezgre postale dovoljno vruće za fuziranje vodika, termonuklearnog goriva koje je zvijezdama poput Sunca potrebno da bi postojano sjale. Umjesto toga, ti plinoviti objekti blijede i hlade se kako postaju stariji. Smeđi patuljci u dobi našeg Sunca (5 milijarda godina) jako su hladni i tamni, te ih je stoga teško pronaći teleskopima. Smeđi patuljci otkriveni u Trapezu, međutim, su podmladak - tek im je oko milijun godina. Stoga su još uvijek vrući i sjajni, lakši za opažanje.

Ova otkrića, zajedno s opservacijama dobivenima teleskopima sa Zemlje, su daljnji dokaz tvrdnji da su smeđi patuljci - nekoć smatrani egzotičnim objektima - skoro jednako česti kao i same zvijezde. Smeđi patuljci su previše tamni da bi ih se vidjelo na fotografiji načinjenoj u vidljivoj svjetlosti, putem WFPC2 (slika lijevo). Taj pogled ne prikazuje ni mnoštvo mladih zvijezda koje se vidi na blisko-infracrvenoj slici. To je stoga što su te mlade zvijezde obavijene gustim oblacima prašine i plina. Hubbleova blisko-infracrvena kamera, NICMOS, prodrla je kroz te oblake kako bi snimila te objekte. Smeđi patuljci su najbljeđi objekti na snimci. Pretražujući središnje područje jata, teleskop Hubble uočio je smeđe patuljke s masama jednakim 10 do 80 masa Jupitera. Istraživači vjeruju kako bi morali postojati i smeđi patuljci manjih masa, koji su ostali izvan dosega Hubbleova vida. Ova blisko-infracrveni snimka načinjena je 17. siječnja 1998. g. Korištena su dva blisko-infracrvena filtera kako bi se dobili podaci o boji zvijezda: jedan za valnu duljinu od 1,1 µ, drugi za 1,6 µ. Ova snimka Trapeza ima u promjeru 1 svjetlosnu godinu. Slika je mozaik sastavljen od devet odvojenih fotografija susjednih dijelova neba. Slike na njoj su lažne: plavo znači toplije, masivnije zvijezde, a crveno hladnije, manje masivne zvijezde i smeđe patuljke, te zvijezde zaklonjene iza debelog sloja prašine.

Fotografije u vidljivoj svjetlosti načinjene su 1994. i 1995. g.

Hubble popisuje neuhvatljive smeđe patuljke

Koristeći NASA-in Svemirski teleskop Hubble, astronomi su proveli dosad najopsežniji popis smeđih patuljaka, koji spadaju među "najneuhvatljivije" svemirske objekte i koji postoje u limbu između zvijezda i planeta.

Hubbleov popis pruža novi i zapanjujući dokaz da se zvijezde i planeti oblikuju na različite načine. "Budući smeđi patuljci "premoštavaju jaz" između zvijezda i planeta, njihova svojstva daju nove i jedinstvene uvide u to kako se zvijezde i planeti oblikuju", kaže Joan Najita, iz Nacionalnog optičkog astronomskog opservatorija (NOAO), u Tucsonu, u Arizoni.

Još prije samo nekoliko godina smatrani astronomskim kuriozitetom, smeđi su patuljci intrigantni objekti koji, za razliku od zvijezda, imaju premalu masu da bi sagorjevali vodik, no ipak veću negoli je masa planeta. S 15 do 80 Jupiterovih masa, svjetlo koje oni odašilju toliko je slabo da je bilo teško reći koliko ih zbilja ima razbacanih diljem galaktike, te da li je njihovo oblikovanje proces sličan nastanku zvijezda, ili planeta, ili nijedno od toga dvoga.

Hubbleov popis otkriva da, kao što je slučaj i sa zvijezdama, ima više smeđih patuljaka male mase od onih drugih, te da se taj trend nastavlja naniže, skoro do samih planetarnih masa. "U tom smislu, izdvojeni ('slobodno plutajući') smeđi patuljci koje je otkrio Hubble, čini se da predstavljaju niskomasivne parnjake krupnijih zvijezda. To ukazuje na mogućnost da se zvijezde i slobodni smeđi patuljci oblikuju na isti način", kaže Najita. Međutim, Hubbleovi nalazi pružaju i do danas najjači dokaz da slobodno plutajući smeđi patuljci pripadaju posve različitoj populaciji od nedavno otkrivenih planeta koji orbitiraju oko bliskih zvijezda. Najitina ekipa našla je - što je vrlo značajno - puno više samostalnih smeđih patuljaka, negoli onih koji orbitiraju oko nekih zvijezda. "To bi moglo značiti da su se planeti izvan Sunčeva sustava, a time i planeti u njemu, razvili na bitno različit način od Sunca i drugih zvijezda", kaže Najita.

Na primjer, ti rezultati podržavaju zamisao prema kojoj se zvijezde oblikuju gravitacijskim kolapsom molekularnih oblaka, dok planeti rastu lijepljenjem mikroskopskih čestica zvjezdanog praha, tvoreći veće stijene i, na koncu, planete.

Prije samo nekoliko godina, općenito se vjerovalo da su smeđi patuljci rijetki, možda stoga što procesi stvaranja zvijezda prestaju "djelovati" na nižim masama. "Hubbleovi rezultati odjekuju jednim glasnim 'NE!' Priroda ne pravi razliku između zvijezda koje mogu sjati fuzijom i objekata manje mase, koji to ne mogu", kaže Najita. "Zapravo, svemir s lakoćom proizvodi smeđe patuljke svih masa, od onih najmasivnijih, do onih najmanjih."

Ova studija ustanovila je i to kako je malo vjerojatno da smeđi patuljci, ma kako bili teško opazivi, mogu značajnije pridonijeti tajanstvenoj "tamnoj tvari" koja dominira našom galaktikom i svemirom. Premda je Hubble otkrio kako smeđih patuljaka ima mnoštvo, pokazalo se da oni ipak nisu dovoljno česti da bi objasnili nevidljivu "tamnu tvar". Najita i njene kolege drže kako smeđi patuljci vjerojatno ne doprinose ukupnoj masi Mliječnog puta s više od jednog promila.

Popis je proveden korištenjem Hubbleova infracrvenog vida, kako bi se izmjerili sjaj i temperatura zvijezda u mladom jatu IC 348, smještenom u zviježđu Perzeja. Kako je jato mlado, razumije se da su i smeđi patuljci u njemu sjajniji, zbog čega ih je lako opaženo tridesetak komada.

Kritični korak u promatranju bilo je razabiranje smeđih patuljaka u jatu od nasumičnog mnoštva pozadinskih zvijezda. Kako bi izašli na kraj s tim problemom, Najita i njene kolege razvili su jednu novu tehniku. Oni su koristili Hubbleov uređaj NICMOS kako bi izmjerili intenzitet infracrvene pruge apsorpcije vode u atmosferama zvijezda. Širina te pruge je dobar pokazatelj temperature pojedine zvijezde. Kako jaka apsorpcija vode u Zemljinoj atmosferi onemogućava takva promatranja s površine, Hubble i NICMOS pokazali su se savršenim rješenjima.

"Mogućnost mjerenja temperature svake od zvijezda riješilo je nekoliko problema istovremeno", kaže Najita. "Osim što nam je to pomoglo razlikovati jato smeđih patuljaka od pozadinskih zvijezda, sada smo u stanju i izmjeriti mase smeđih patuljaka, a da im ne moramo procijeniti dob. To je uvelike utočnilo naše procjene masa."

Kao ishod visoke osjetljivosti Hubblea i NICMOS-a, Najita i njene kolega bili su u stanju točno identificirati i proučiti smeđe patuljke do onih s vrlo malom masom. Po prvi put su proučavani i oni s masom od samo 15 Jupiterovih, što se drži granicom između smeđih patuljaka i planeta.

[Credits for near-infrared image: NASA; K.L. Luhman (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Mass.); and G. Schneider, E. Young, G. Rieke, A. Cotera, H. Chen, M. Rieke, R. Thompson (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Ariz.)

Credits for visible-light picture: NASA, C.R. O'Dell and S.K. Wong (Rice University)]