Katai coklat adalah sebuah benda di tepi planet yang sangat besar atau bintang yang sangat kecil. Katai coklat berkisar dari 13 hingga sekitar 90 massa Jupiter. Persatuan Astronomi Internasional menempatkan garis antara planet besar dan katai coklat kecil pada 13 massa Jupiter, karena ini adalah ambang massa yang diperlukan untuk fusi deutrium.
Deutrium adalah isotop hidrogen yang mencakup neutron dalam nukleus, bukan hanya proton seperti pada hidrogen biasa, dan merupakan jenis atom yang paling mudah untuk melebur. Karena deutrium cukup langka dibandingkan dengan hidrogen biasa – 6 atom dalam 10,000 untuk Jupiter, misalnya – tidak cukup hadir untuk pembentukan bintang sejati, dan dengan demikian katai coklat sering disebut “bintang gagal.”
Pada sekitar 0.075 massa matahari, atau 90 massa Jupiter, katai coklat menjadi mampu menggabungkan hidrogen normal – meskipun pada tingkat yang jauh lebih lambat daripada bintang deret utama seperti Matahari kita – menjadikannya katai merah, bintang dengan sekitar 1/10,000 luminositas matahari. Katai coklat pada umumnya menampilkan luminositas yang sangat sedikit atau tidak sama sekali, menghasilkan panas terutama melalui unsur-unsur radioaktif yang terkandung di dalamnya, serta suhu karena kompresi. Karena katai coklat sangat redup, sulit untuk mengamatinya dari kejauhan, dan hanya beberapa ratus yang diketahui. Katai coklat pertama dikonfirmasi pada tahun 1995. Nama alternatif yang diusulkan untuk katai coklat adalah “subbintang”.
Sifat menarik dari katai coklat adalah bahwa mereka semua memiliki jari-jari yang hampir sama – kira-kira seperti Jupiter – dengan hanya 10% sampai 15% varian di antara mereka, bahkan jika massa mereka berkisar hingga 90 kali lipat dari Jupiter. Pada rentang skala massa yang rendah, volume katai coklat ditentukan oleh tekanan Columb, yang juga menentukan volume planet dan benda bermassa rendah lainnya. Pada rentang skala massa yang lebih tinggi, volume ditentukan oleh tekanan degenerasi elektron – yaitu, atom ditekan sedekat mungkin tanpa kulit elektron runtuh.
Fisika dari dua pengaturan ini sedemikian rupa sehingga, ketika kepadatan meningkat, jari-jarinya secara kasar dipertahankan. Ketika massa tambahan ditambahkan melewati batas atas massa katai coklat, volume mulai meningkat lagi, menghasilkan benda angkasa besar dengan jari-jari lebih dekat dengan Matahari kita.