En brun dvärg är en kropp på gränsen till att vara en mycket stor planet eller en mycket liten stjärna. Bruna dvärgar varierar från 13 till cirka 90 Jupitermassor. Internationella astronomiska unionen sätter gränsen mellan stora planeter och små bruna dvärgar vid 13 Jupitermassor, eftersom detta är den masströskel som krävs för sammansmältningen av deutrium.
Deutrium är en isotop av väte som inkluderar en neutron i kärnan, snarare än bara en proton som i vanligt väte, och är den enklaste typen av atom att smälta samman. Eftersom deutrium är ganska sällsynt jämfört med vanligt väte – 6 atomer av 10,000 XNUMX för Jupiter, till exempel – finns det inte tillräckligt med för bildandet av en sann stjärna, och därför kallas bruna dvärgar ofta för ”misslyckade stjärnor”.
Vid cirka 0.075 solmassor, eller 90 Jupitermassor, blir bruna dvärgar kapabla att smälta samman normalt väte – om än i mycket långsammare takt än huvudsekvensstjärnor som vår sol – vilket gör dem till röda dvärgar, stjärnor med cirka 1/10,000 1995 solljusstyrka. Bruna dvärgar uppvisar i allmänhet mycket liten eller ingen ljusstyrka, och genererar värme främst genom radioaktiva ämnen som finns i dem, såväl som temperatur på grund av kompression. Eftersom bruna dvärgar är väldigt mörka är det svårt att observera dem på avstånd, och bara några hundra är kända. Den första bruna dvärgen bekräftades XNUMX. Ett alternativt namn som föreslogs för bruna dvärgar var ”substar”.
En intressant egenskap hos bruna dvärgar är att de alla har nästan samma radie – ungefär som Jupiters – med endast 10 % till 15 % varians bland dem, även om deras massa sträcker sig upp till 90 gånger Jupiters massa. I det låga området av massskalan bestäms brun dvärgvolym av Columb-trycket, som också bestämmer volymen av planeter och andra lågmassaobjekt. I det högre intervallet av massskalan bestäms volymen av elektrondegenerationstrycket – det vill säga atomer pressas så tätt ihop som möjligt utan att elektronskalen kollapsar.
Fysiken för dessa två arrangemang är sådan att när densiteten ökar bibehålls radien ungefär. När ytterligare massa läggs till förbi de övre gränserna för bruna dvärgmassor, börjar volymen öka igen, vilket ger stora himlakroppar med radier närmare vår sols.