Smeđi patuljak je tijelo na rubu vrlo velikog planeta ili vrlo male zvijezde. Smeđi patuljci imaju od 13 do oko 90 Jupiterovih masa. Međunarodna astronomska unija postavlja granicu između velikih planeta i malih smeđih patuljaka na 13 masa Jupitera, jer je to prag mase neophodan za fuziju deutrija.
Deutrij je izotop vodika koji uključuje neutron u jezgri, a ne samo proton kao u običnom vodiku, i najlakši je tip atoma za spajanje. Kako je deutrij prilično rijedak u usporedbi s uobičajenim vodikom – 6 atoma na 10,000 XNUMX za Jupiter, na primjer – nije dovoljno prisutno za formiranje prave zvijezde, pa se smeđe patuljke često nazivaju “neuspjelim zvijezdama”.
Na oko 0.075 solarnih masa ili 90 masa Jupitera, smeđi patuljci postaju sposobni spojiti normalni vodik – iako mnogo sporijom brzinom od zvijezda glavnog niza poput našeg Sunca – što ih čini crvenim patuljcima, zvijezdama s oko 1/10,000 1995 sunčevog sjaja. Smeđi patuljci općenito pokazuju vrlo malo ili nimalo svjetline, stvarajući toplinu prvenstveno putem radioaktivnih elemenata sadržanih u njima, kao i temperaturu zbog kompresije. Kako su smeđi patuljci vrlo mutni, teško ih je promatrati iz daljine, a poznato je samo nekoliko stotina. Prvi smeđi patuljak potvrđen je XNUMX. Alternativno ime koje je predloženo za smeđe patuljke bilo je “substar”.
Zanimljivo svojstvo smeđih patuljaka je da svi imaju gotovo isti radijus – otprilike kao Jupiterov – sa samo 10% do 15% varijacije među njima, čak i ako se njihova masa kreće i do 90 puta veća od Jupiterove. Na niskom rasponu ljestvice mase, volumen smeđeg patuljka određen je Columbovim tlakom, koji također određuje volumen planeta i drugih objekata male mase. Na višem rasponu masene ljestvice, volumen je određen tlakom degeneracije elektrona – to jest, atomi su pritisnuti što je bliže moguće bez kolapsa elektronskih ljuski.
Fizika ova dva rasporeda je takva da se, kako gustoća povećava, radijus se otprilike održava. Kada se doda dodatna masa iznad gornje granice mase smeđih patuljaka, volumen se ponovno počinje povećavati, stvarajući velika nebeska tijela s radijusima bližim onom našeg Sunca.