ดาวแคระน้ำตาล: ดาวที่จุดไม่ติด

ในปี ค.ศ. 1963 ศิฟ กุมาร์ คำนวณว่าวัตถุที่เกิดจากการยุบตัวของเมฆแก๊สแบบเดียวกับดาวฤกษ์ แต่มีมวลน้อยเกินไป จะไม่มีวันจุดปฏิกิริยาไฮโดรเจนได้อย่างยั่งยืน วัตถุแบบนี้ต้องรออีกกว่าสามสิบปีจึงได้รับการยืนยัน ในปี ค.ศ. 1995 มีการค้นพบดาวแคระน้ำตาลที่ชัดเจนดวงแรก คือ กลีเซอ 229B ซึ่งโคจรรอบดาวแคระแดง

เส้นแบ่งระหว่างดาวฤกษ์กับดาวแคระน้ำตาล

เมื่อเมฆแก๊สยุบตัว แกนกลางร้อนขึ้น แต่ถ้ามวลน้อยกว่าราว 0.075 ถึง 0.08 เท่าของดวงอาทิตย์ (ราว 75 ถึง 80 เท่าของดาวพฤหัสบดี) แกนจะหนาแน่นจนอิเล็กตรอนเกิดความดันดีเจนเนอเรซี ซึ่งหยุดการยุบตัวไว้ก่อนที่แกนจะร้อนพอหลอมไฮโดรเจนได้อย่างต่อเนื่อง มวลวิกฤตนี้เรียกว่าขีดจำกัดการเผาไหม้ไฮโดรเจน

เส้นแบ่งระหว่างดาวแคระน้ำตาลกับดาวเคราะห์

วัตถุที่หนักกว่าราว 13 เท่าของดาวพฤหัสบดีจะหลอมดิวเทอเรียม (ไฮโดรเจนหนักที่มีนิวตรอนหนึ่งตัว) ได้ในช่วงสั้น ๆ ช่วงแรกของชีวิต นักดาราศาสตร์บางกลุ่มใช้ค่านี้แบ่งดาวแคระน้ำตาลออกจากดาวเคราะห์ บางกลุ่มแบ่งตามวิธีการเกิด คือดาวเคราะห์เกิดในจานรอบดาวฤกษ์ ส่วนดาวแคระน้ำตาลเกิดจากการยุบตัวของเมฆแก๊สแบบดาวฤกษ์ นิยามทั้งสองแบบไม่ได้ตรงกันเสมอ

ขนาดเท่าดาวพฤหัสบดี

ดาวแคระน้ำตาลเกือบทุกดวงมีขนาดใกล้เคียงดาวพฤหัสบดีไม่ว่าจะหนักแค่ไหน เพราะความดันดีเจนเนอเรซีทำให้วัตถุที่หนักขึ้นถูกบีบให้แน่นขึ้นแทนที่จะใหญ่ขึ้น ดาวแคระน้ำตาลที่หนัก 70 เท่าของดาวพฤหัสบดีจึงอาจเล็กกว่าดาวพฤหัสบดีด้วยซ้ำ

เย็นลงไปตลอดกาล

เพราะไม่มีแหล่งพลังงานต่อเนื่อง ดาวแคระน้ำตาลจึงส่องแสงจากความร้อนที่เหลือจากการยุบตัว และค่อย ๆ เย็นลงเรื่อย ๆ นักดาราศาสตร์จึงเพิ่มชนิดสเปกตรัมใหม่

• ชนิด L ราว 1,300 ถึง 2,200 เคลวิน มีเมฆของแร่ซิลิเกตและเหล็กหลอมเหลว
• ชนิด T ราว 500 ถึง 1,300 เคลวิน มีมีเทนในบรรยากาศ คล้ายดาวพฤหัสบดี
• ชนิด Y เย็นกว่าราว 500 เคลวิน บางดวงเย็นใกล้อุณหภูมิห้องหรือเย็นกว่า อาจมีเมฆน้ำ

ดาวแคระน้ำตาลส่องแสงส่วนใหญ่ในย่านอินฟราเรด ด้วยตาเปล่าจะเห็นเป็นสีแดงเข้มอมม่วงถ้าอยู่ใกล้พอ การสำรวจด้วยดาวเทียมอินฟราเรด WISE ค้นพบดาวแคระน้ำตาลจำนวนมากใกล้ดวงอาทิตย์ รวมถึงระบบลูห์มัน 16 ซึ่งห่างเพียง 6.5 ปีแสง ใกล้เป็นอันดับสามรองจากระบบแอลฟาเซนทอรีและดาวของบาร์นาร์ด

ดาวที่เกือบจะเป็นดาว

ดาวแคระน้ำตาลอาจมีจำนวนพอ ๆ กับดาวฤกษ์ในดาราจักร หรือน้อยกว่าเล็กน้อย บางดวงล่องลอยอย่างโดดเดี่ยวในอวกาศ บางดวงโคจรรอบดาวฤกษ์ และบางดวงก็มีดาวเคราะห์ของตัวเอง