Ahol fémeső hullik az égből

Az elmúlt évek megfigyelési alapján készült modellek szerint a barna törpék légkörében fémeső is hullhat a furcsa felhőkből.

A műszertechnika fejlődése révén az utóbbi évtizedben egyre több érdekes jellemzőit ismertük meg a barna törpének. Ezek a 0,08 naptömegnél kisebb, de kb. 0,01 naptömegnél nagyobb tömegű objektumok a "normál" csillagokhoz hasonlóan születnek. Tömegük azonban nem elég ahhoz, hogy belsejükben akkora nyomás és sűrűség alakuljon ki, hogy ott a hidrogén héliummá kezdjen fuzionálni - mint az például a Napban történik.

Kialakulásuk után egy ideig még forró az anyaguk, és néhány egyszerű fúziós reakció is lezajlik bennük, amelyek során deutérium- és lítium-atommagok épülnek össze. Később azonban már nincs hasonló energiaforrásuk. Anyaguk lassan kihűl, miközben a hőmérséklet csökkenésével párhuzamosan egyre kisebbre zsugorodnak. Egyes modellek alapján az összehúzódó égitestek is érdekes folyamatok színterei lesznek.

Adam Burgasser (MIT) és kollégái a hűlő barna törpék légkörének viselkedését vizsgálták infravörös megfigyelések és elméleti modellek segítségével. Minél fiatalabb és melegebb egy ilyen objektum légköre, anyagának annál nagyobb részét képes gáz halmazállapotban tartani. Közel 2000 K feletti hőmérsékleten például még a vas és a szilícium is atomos állapotban, gáz fázisú anyagként lebeg a légkörben.

A csökkenő hőmérséklettel párhuzamosan a vas és egyéb, magas olvadáspontú fémek előbb folyékony, végül szilárd halmazállapotba alakulnak. A folyamat során ezek a "cseppek" nagyobb sűrűségük miatt megpróbálnak a centrumba süllyedni, amit a belső turbulencia és anyagáramlás igyekszik megakadályozni. Mindezek eredményeként léteznek olyan időszakok, amikor a fémek apró cseppek formájában, felhőket alkothatnak a barna törpék légkörében - tehát folyékony fázisként elkülönülnek, de helyzetüket tekintve az atmoszférában maradnak. Az elméleti modell alapján ekkor olyan fellegekkel van dolgunk, amelyekből akár vas-esőcseppek is hullhatnak lefelé.

Sikerült is olyan állapotú barna törpét megfigyelni, amelynél a fejlődését kísérő globális hűléssel párhuzamosan, 1200 K körüli hőmérsékleen bizonyos hullámhosszakon erősebb a sugárzás, mint a korábbi modellek alapján várható. Ilyenkor a magyarázat a furcsa felhők hiányában rejlik: egy kritikus hőmérséklet alatt a felhő anyaga eloszlik, avagy igen mélyre süllyed - átlátszóvá téve a légkör felső tartományát. Még később, a csökkenő hőmérséklettel párhuzamosan újabb anyagok is felhőket alkothatnak. A Gliese 299B esetében például már annyira hűvös a légkör felső tartománya, hogy ott összetett szerves molekulák is kialakulhatnak, szmoghoz hasonló átlátszatlan réteget létrehozva.

Néhány "normál" csillag (Nap , Gliese 299A), barna törpe (Teide 1, Gliese 229B, Szigma Orionis) és a Jupiter méretének összehasonlítása (NASA)

A valódi helyzet persze sokkal bonyolultabb, mint fent vázoltuk, és a felhők mellett nem csak csapadék, de furcsa viharok is várhatók az ilyen légkörökben. A felhők szétoszlatásában a belső turbulenciák jelentős szerepet játszanak. A barna törpék légkörében talán a Jupiternél megfigyelhetőhöz hasonló örvények is jelentkeznek. Ehhez a sajátos időjáráshoz a belső hő adja az energiát, nem pedig a külső sugárzás, mint pl. egy csillag körüli bolygó esetében. Tehát a barna törpének is lehet tehát időjárása - még ha az alapvetően el is tér attól, amit ezen fogalmon alatt a Földön értünk.

Kereszturi Ákos