Odkrili so jih dokaj pozno, šele leta 1995, ko je bil odkrit tudi prvi planet, ki ne kroži okrog Sonca. O njih se je Frekvenca X pogovarjala Adamom Burgasserjem iz laboratorija Cool Star Lab, ki deluje v San Diegu na Univerzi Kalifornija in je med drugim sodeloval pri odmevnem odkritju planetov v sistemu TRAPPIST-1. Rjave pritlikavke preučujejo s pomočjo raziskav njihove hladne atmosfere z uporabo optične in infrardeče spektroskopije.

Astronomi zvezde radi poimenujete po barvah in velikostih: nekatere zvezde so rdeče orjakinje ali rdeče pritlikavke, naše Sonce je rumena pritlikavka, njegovo jedro pa se bo na koncu spremenilo v belo pritlikavko. Vaše področje so rjave pritlikavke. Pa so res rjave?
O barvah se pogosto sprašujemo in rjava je res nekam čudna barva za zvezdo. Razlog za tako ime je zgodovinski. Prva jih je tako imenovala znanstvenica Jill Tarter, danes znana predvsem po delu na projektu SETI, ki išče zunajzemeljsko inteligenco. Ko je bila doktorska študentka, je, še preden so jih sploh odkrili, razmišljala, kakšne bi lahko bile videti te zvezde. Predlagala je, da bi jih klicali rjave pritlikavke. Naše Sonce je vedno rumene barve, tem zvezdam pa se barva spreminja, saj se počasi ohlajajo. Rjava je tu prava barva, saj je mešanica vseh mogočih barv. Tako z rjavo lahko ponazorimo zvezdo, ki se tekom svojega življenja spreminja recimo od oranžne proti temno rdeči. Vseeno pa gre tu za prispodobo. Teh zvezd ne vidimo kot rjave, pravzaprav njihove barve sploh ne razpoznamo, saj so tako hladne, da ne sevajo vidne svetlobe, ampak le infrardečo. Ker jih z našimi očmi ne bi videli, tudi težko rečemo, kakšne barve so.

Vaš laboratorij se imenuje 'Cool Star Lab'. So vam tovrstne zvezde "kul", ker vas zanimajo, ali ker pač niso vroče?
Gotovo bi rekel, da velja oboje. Za fizika so res zanimive, so močno sesedene, tam vladajo izjemno visok tlak, vse je zelo gosto. V notranjosti imamo vodik v nenavadni, kovinski obliki. Že razlaga, kako lahko obstajajo in kako se sčasoma ohladijo, je zelo zanimiva. Torej so za nas znanstvenike res "kul". So pa seveda tudi hladne. Površina našega Sonca ima recimo skoraj šest tisoč stopinj. Zvezde, ki nas zanimajo, pa so lahko tako hladne, da je njihova temperatura pod lediščem. Najhladnejša poznana rjava pritlikavka ima na površju temperaturo minus 25 stopinj Celzija. To je v primerjavi z ostalimi zvezdami izjemno malo. Zato so še posebej zanimive, saj so to neke vrste zmrznjene zvezde, kar se odraža v zanimivem obnašanju njihovih atmosfer.
Če so tako hladne, zakaj pa jih potem imamo za zvezde?
Prav imate, za zvezde vedno mislimo, da morajo biti vroče, da svetijo. Rjave pritlikavke imamo za zvezde, ker nastanejo na enak način kot ostale zvezde. Zvezde nastajajo z zgoščanjem ogromnih molekularnih oblakov v naši Galaksiji. Te oblake lahko tudi vidite s prostim očesom s kakšnega temnega opazovališča. To so temne packe na ozadju žarenja pasu Rimske ceste. Taki oblaki so, recimo, v ozvezdju Oriona, kjer si jih lahko ogledate z daljnogledom. Zvezde torej nastanejo s zgoščanjem takih oblakov. Pri tem se grejejo, zvezda pa se rodi, ko se začne zaradi visoke temperature v njenem središču vodik spajati v helij. Tudi z rjavimi pritlikavkami je podobno, vendar v njih ni dovolj snovi, da bi se lahko začelo to spajanje. Začnejo torej enako, pozneje pa zaradi premalo snovi ne zasvetijo tako, kot to počno zvezde. Sam imam rjave pritlikavke pogosto za drugačne od zvezd.
Takó prvo rjavo pritlikavko kot tudi prvi planet, ki ne kroži okoli našega Sonca, so odkrili leta 1995. Seveda je tem objektom popolnoma vseeno, kako jih Zemljani imenujemo, pa vendar: kaj je zvezda in kaj planet?
Imate prav, objava obeh odkritij se je v resnici zgodila na isti konferenci v Italiji, celo na istem zasedanju. In, kot rečeno, rjave pritlikavke pri razlikovanju med zvezdami in planeti zapletajo sliko. Formalno lahko rečemo, da se v zvezdah spaja vodik in to je tudi vir njihove energije. Ta vir je lahko zelo dolgoživ. Naše Sonce bo tako spajalo vodik v helij še nadaljnjih 5 milijard let. Na drugi strani pa v rjavih pritlikavkah ni pravih razmer za kaj takega. To je torej enostavna ločnica med zvezdami in rjavimi pritlikavkami. Odločilna je tu količina snovi. Zvezde imajo več kot 7 odstotkov Sončeve mase, rjave pritlikavke pa manj. To je bilo lahko. Bolj zapleteno pa je razlikovati med rjavimi pritlikavkami in planeti. Rjave pritlikavke so približno tako velike kot Jupiter in Jupiter je seveda planet. Torej so po velikosti podobne, imajo lahko tudi podobno površinsko temperaturo. Torej boste po videzu težko ločili, kaj je rjava pritlikavka in kaj planet. Omenila sva, da v rjavih pritlikavkah ni spajanja vodika v helij, se pa lahko spajajo nekateri drugi elementi. Taki so litij, bor in devterij. Teh kemičnih elementov v naravi ni veliko. Tudi v rjavi pritlikavki njihovo spajanje hitro poteče in zato ne vplivajo kaj dosti na njen razvoj. Pa vendar, to je naša meja. V rjavi pritlikavki mora biti vsaj nekaj jedrskega spajanja, in to jih loči od planetov. V planetih nikoli ni nikakršnega jedrskega spajanja.
Kako pa z opazovanji ugotovite, kaj se dogaja v notranjosti nekega takega telesa? Predvidevam, da je v praksi zelo težko uporabiti to opredelitev?
Pred četrt stoletja ste z lahkoto ločili zvezdo in planet, saj je bil slednji pač majhen objekt, ki je krožil okoli zvezde. Takrat smo poznali le planete v našem Osončju in vsi so se gibali okoli svetlega, masivnega Sonca. Planete in zvezde smo z lahkoto ločevali tisočletja, sedaj pa se nam včasih zgodi, da imamo zelo masivne planete, z masami 30 ali 40 Jupitrovih mas, ki krožijo okoli zvezd. V teh planetih se odvija jedrsko spajanje. A so kljub temu videti kot pravi planeti. Krožijo lepo poravnani v isti ravnini in primerno blizu svoji zvezdi. Kako jih boste imenovali? So to super-planeti ali so to planetom podobne rjave pritlikavke? Imamo pa tudi telesa zelo majhnih mas, ki sama blodijo okoli. So to rjave pritlikavke z majhno maso ali so to planeti, ki so bili izvrženi iz svojih osončij? Vidite torej, da se ni vedno preprosto odločiti, kaj gledate. Lahko rečeva, da naše tisočletja stare opredelitve maje novo znanje o vesolju in rjave pritlikavke so gotovo eno od teh novih odkritij, ki nam dela težave. Pred nekaj leti smo imeli konferenco, kjer smo se o vprašanjih opredelitve spraševali profesionalni astronomi. Celo mi se nismo mogli uskladiti glede vseh mejnih primerov. To je v znanosti običajno. Novo znanje pogosto sproži spreminjanje nekaterih tradicionalnih opredelitev.
Zvezde so lahko kar družabne. Nekatere so samske, veliko pa jih je v parih ali trojicah, okoli številnih najdemo tudi planete. Kaj pa rjave pritlikavke, so tudi one družabne?
Ja, rjave pritlikavke so do neke mere družabne, morda malo manj od običajnih zvezd. Večina zvezd, podobnih Soncu, je v parih ali večkratnih sistemih. Pri rjavih pritlikavkah je tega manj, najverjetneje je nesamskih med sedmino in četrtino rjavih pritlikavk. To je morda pomembno za razumevanje razlik v nastajanju rjavih pritlikavk in običajnih zvezd. Prej sem omenil, da je njihov nastanek podoben. Je pa res, da ne vemo, zakaj se ob nastanku rjave pritlikavke skupaj sesede manj snovi, kot to velja za zvezdo. Morda ravno to nagnjenje rjavih pritlikavk, da so rade samske, povzroči, da se skupaj zbere manj snovi. So pa pari, tudi rjavih pritlikavk, izjemno pomembni. Le v dvojnem sistemu namreč lahko dobro izmerimo, koliko snovi je v obeh objektih. Ko objekta krožita okoli skupnega težišča, lahko uporabimo Newtonove zakone in izmerimo njuni masi. Masa je seveda pomembna. Kot sva omenila, ravno po masi ločimo med zvezdami, rjavimi pritlikavkami in planeti. Brez meritve mase torej ne gre in dvojnice so tu zelo pomembne.
Kaj pa planeti okoli njih? So kaj posebnega?
To vprašanje ravnokar odpiramo. Sam sem sodeloval pri zelo vznemirljivem odkritju sistema Trappist-1. V njem je kar sedem planetov Zemljine velikosti, ki krožijo okoli zvezde, ki je le malenkost masivnejša od objekta, ki bi ga imenovali rjava pritlikavka. Torej je v Trappistu-1 zvezda, ampak taka s skrajno majhno maso. Naše raziskave s satelitom Kepler kažejo, da so tudi planeti, ki jih najdemo ob zvezdah z majhno maso, manj masivni, torej podobni Zemlji. Mogoče je torej, da veliko ali celo večina Zemlji podobnih planetov kroži okoli rjavih pritlikavk. Ampak tega še ne vemo. Planete okoli rjavih pritlikavk je zelo težko preučevati, saj so rjave pritlikavke tako temne. Vseeno pa nam Trappist-1 daje upanje, da bomo v kratkem odkrili planete okoli rjavih pritlikavk.
Z vašo raziskovalno skupino preučujete vreme na rjavih pritlikavkah. Kaj opažate? Je vse hladno in mirno ali so kje divje nevihte?
Ja, to je zanimiv del naših raziskav. Opazujemo atmosfere, ki so bolj podobne planetnim kot zvezdnim. Naj se vrnem nekoliko nazaj: ko govorimo o vremenu na Zemlji, zares govorimo o dinamični atmosferi, ki jo opredeljujemo z oblaki vodnih kapljic, dežjem, snegom, meglo; to so različne oblike vode, v plinastem, tekočem ali trdnem stanju, temu rečemo kondenzirani delci. V rjavih pritlikavkah, ki jih preučujemo, tudi srečamo kondenzirane delce, a to ni nujno voda. Marsikatera rjava pritlikavka je bistveno bolj vroča od Zemlje. Temperature so tisoč ali dva tisoč stopinj Celzija. Voda pri takih temperaturah zagotovo izhlapi. Imamo pa drugačne snovi, ki se kondenzirajo. Med njimi so minerali, kot sta perovskit and hematit, in kovine, kot je železo. Te snovi je težko stopiti, saj za to potrebujete izjemno visoko temperaturo. Obenem to pomeni, da so to prve snovi, ki se med ohlajanjem plinaste snovi izločijo v obliki trdnine ali tekočine. V atmosferah rjavih pritlikavk torej najdemo oblake iz skalnatih delcev in stopljenih kovin.
Na kakšen način pa pridobivate podatke o njihovi atmosferi?
Več raziskovalnih skupin po svetu skuša opazovati spreminjanje vzorcev na površju rjavih pritlikavk. Rjave pritlikavke so sicer predaleč in premajhne, da bi lahko posneli sliko površja. Lahko pa jih opazujemo daljši čas in vidimo spremembe v njihovi svetlosti in barvi. Opazovanja nato združimo z razlago, ki spremembe razloži z zemljevidom struktur na površju rjave pritlikavke. Menimo, da so te strukture posledica oblakov različnih kondenziranih delcev. Številne od teh struktur so precej večje od tistih na planetih, recimo na Zemlji ali na Jupitru. Mislimo, da deloma tudi zato, ker se rjave pritlikavke zelo hitro vrtijo. Dan na Zemlji traja blizu 24 ur, na Jupitru 10 ali 11 ur, rjave pritlikavke pa se zavrtijo že v nekaj urah. To vpliva na gibanja v atmosferi: občutno močnejše tokove, hitrejše vetrove, pa tudi tla na rjavih pritlikavkah so veliko bolj vroča kot na Zemlji ali Jupitru. Tudi ta toplota lahko poganja številne vremenske vzorce.

Doktor Burgasser, preseliva se še k enemu področju, s katerim se ukvarjate. Kot znanstvenika vas zanima tudi prepletanje znanosti in umetnosti to, kako znanost posredovati deprivilegiranim skupinam. V to usmerjate veliko svojih naporov. Lahko izpostavite nekaj primerov dobre prakse, kako razvijati ustvarjalnost, kako mešati umetnost in znanost, kaj je dobro in kaj ne?
Ja, to je zelo pomemben vidik dela vsakega znanstvenika: kako zna prenašati znanje, kako vključuje širšo javnost v znanost, s katero s ukvarjamo. Poslanstvo znanstvenikov je raziskovanje sveta, poleg tega pa tudi prenašanje spoznanj širši javnosti in tudi vključevanje številnih ljudi v razkrivanje novega. Več ljudi, kot je vključenih v znanstvene procese, več je ustvarjalnosti, več različnih pogledov, s tem spreminjamo odgovore. Astronomi z opazovanji na teleskopih vsako noč ustvarjamo ogromno podatkov, sestavljamo kataloge, slike, spektre vseh teh zvezd in galaksij na nebu. Kot znanstveniki imamo zelo ozko določena vprašanja, ki jih zastavljamo tem podatkom. Prav ta izziv smo pred nekaj leti tukaj v San Diegu zastavili razredu umetnikov in fizikov, ki so iz njih izbrskali številne nove pristope in asociacije.
Predvidevam, da take, ki vključujejo različna čutila?
Ja, pogosto je naša izbira, kako spreminjati podatke iz ene oblike v drugo. Namesto v vidne podatke jih lahko spremenimo v slišne ali otipljive in vidimo, kaj je potem drugače. Zavedati pa se moramo, da obstajajo ljudje, ki jih zanima astronomija, vendar nimajo dostopa do vizualnih informacij. Zato pa recimo dobro slišijo. Imam sodelavce, ki so se v to zelo poglobili. Kako recimo meritve spremenimo v zvok. Če na primer merite, kako se sij zvezde spreminja s časom, lahko to spremenimo v graf in si ga ogledamo z očmi, lahko pa to zaigramo tudi kot spremenljiv zvok. Tu sij spremenimo v glasnost ali pa barvo svetlobe v višino tona. Včasih je taka informacija bolj bogata, kot bi bila, če bi to narisali le kot graf na kosu papirja. To se dotika vključenosti deprivilegiranih skupin, je pa pomembno tudi za naše zavedanje o kompleksnosti informacij. Pri tem lahko opazimo več, kot bi le z vidom.
Kaj pa tip?
Ja, kot nekdo, ki vidi, lahko seveda vem, v kateri smeri vidim posamezne zvezde ali galaksije. Lahko pa to informacijo natisnete na trodimenzionalni papir. Tako lahko otipate, kje so te zvezde ali galaksije. Tip je zelo občutljivo in tudi zelo kompleksno čutilo. Omogoča nam, da recimo začutimo strukturo krakov neke galaksije ali sestavo kopice zvezd. Morda tega ne bi opazili, če bi z očmi le gledali sliko. Tu so še možnosti prostorskega tiskanja. Predstavljate si lahko, da imate tako namesto dvodimenzionalne slike možnost občutenja celotne trodimenzionalne strukture galaksije, kvazarja, trka galaksij. Na tak način lahko veliko bolje razumete dogajanje v prostoru. Premik proti novim načinom zaznavanja je nujen, saj so naši podatki vedno bolj zapleteni, zato jih moramo dojemati z vsemi čutili.
Avdio 1: Frekvenca X

Avdio 2: Kako zvenijo zvezde v umu glasbenika