Ein Brauner Zwerg ist ein Körper am Rande eines sehr großen Planeten oder eines sehr kleinen Sterns. Braune Zwerge reichen von 13 bis etwa 90 Jupitermassen. Die Internationale Astronomische Union legt die Grenze zwischen großen Planeten und kleinen Braunen Zwergen bei 13 Jupitermassen fest, weil dies die für die Verschmelzung von Deutrium notwendige Massenschwelle ist.
Deutrium ist ein Wasserstoffisotop, das ein Neutron im Kern enthält und nicht nur ein Proton wie bei gewöhnlichem Wasserstoff, und ist die am einfachsten zu fusionierende Atomart. Da Deutrium im Vergleich zu gewöhnlichem Wasserstoff ziemlich selten ist – zum Beispiel 6 Atome von 10,000 für Jupiter – ist nicht genug vorhanden, um einen echten Stern zu bilden, und daher werden Braune Zwerge oft als „gescheiterte Sterne“ bezeichnet.
Bei etwa 0.075 Sonnenmassen oder 90 Jupitermassen werden Braune Zwerge in der Lage, normalen Wasserstoff zu verschmelzen – wenn auch viel langsamer als Hauptreihensterne wie unsere Sonne – und sie zu Roten Zwergen zu machen, Sterne mit etwa 1/10,000 Sonnenleuchtkraft. Braune Zwerge zeigen im Allgemeinen eine sehr geringe oder keine Leuchtkraft und erzeugen Wärme hauptsächlich durch die in ihnen enthaltenen radioaktiven Elemente sowie durch die Temperatur aufgrund der Kompression. Da Braune Zwerge sehr dunkel sind, ist es schwierig, sie aus der Ferne zu beobachten, und es sind nur einige Hundert bekannt. Der erste Braune Zwerg wurde 1995 bestätigt. Ein alternativer Name, der für Braune Zwerge vorgeschlagen wurde, war „Substar“.
Eine interessante Eigenschaft von Braunen Zwergen ist, dass sie alle fast den gleichen Radius haben – etwa den von Jupiter – mit nur 10 bis 15 % Varianz zwischen ihnen, selbst wenn ihre Masse bis zum 90-fachen der des Jupiter reicht. Im unteren Bereich der Massenskala wird das Volumen des Braunen Zwergs durch den Columb-Druck bestimmt, der auch das Volumen von Planeten und anderen massearmen Objekten bestimmt. Im oberen Bereich der Massenskala wird das Volumen durch den Elektronenentartungsdruck bestimmt – das heißt, Atome werden so eng wie möglich zusammengepresst, ohne dass die Elektronenhüllen kollabieren.
Die Physik dieser beiden Anordnungen ist so, dass der Radius mit zunehmender Dichte ungefähr beibehalten wird. Wenn zusätzliche Masse über die Obergrenzen der Braunen Zwerge hinaus hinzugefügt wird, beginnt das Volumen wieder zuzunehmen und erzeugt große Himmelskörper mit Radien, die näher an denen unserer Sonne liegen.