Бурый карлик


Дмитрий Вибе,
докт. физ.-мат. наук, зав. отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН
«Троицкий вариант» №2(171), 27 января 2015 года

Величайший астроном-наблюдатель Вильям Гершель, создавая в XVIII веке первую карту нашей Галактики, предполагал, что все звезды одинаковы, а различия в их видимом блеске связаны исключительно с разной удаленностью от Солнца. В полной мере осознать несправедливость этого предположения удалось лишь к концу XIX—началу XX века, когда начались массовые определения расстояний до звезд. Современные же представления о звездах сформировались лишь к середине XX века. Конкретно, в 1920 — 1930-е годы выяснилось, что звезды состоят главным образом из водорода и что наиболее подходящим механизмом энерговыделения в звездах являются термоядерные реакции превращения водорода в гелий.

Термоядерные реакции, как следует из самого их названия, требуют высокой температуры, а температура в ядре звезды, где располагается «термоядерный реактор», обеспечивается массой: чем сильнее звезда сжимается под собственным весом, тем сильнее разогреваются ее недра.


Скорость термоядерных реакций очень сильно зависит от температуры, поэтому массивные звезды стремительно расходуют запасы водорода и живут недолго (миллионы или десятки миллионов лет). Звезды же малых масс (порядка солнечной и ниже) относительно холодны и снаружи, и внутри, и потому превращение водорода в гелий в них идет весьма унылыми темпами и может продолжаться десятки и сотни миллиардов лет.

Ответы на очень многие астрономические вопросы зависят от того, как звезды распределены по массам, точнее, по начальным массам, поскольку в процессе эволюции масса звезды так или иначе меняется (чаще в сторону убывания). По современным представлениям, распределение звезд по начальным массам — начальная функция масс (НФМ) — описывается убывающим степенным законом для звезд с массой порядка солнечной и выше и чем-то логнормальным в области меньших масс. У НФМ есть верхний предел (максимальная масса звезд), равный, по-видимому, 100–200 солнечным массам и связанный с тем, что массивные звезды раздувают сами себя собственным излучением.

Ситуация с нижним пределом (минимальная масса) более сложная. Во-первых, маломассивные объекты сложнее обнаруживать и потому существенно сложнее достоверно пересчитать. Во-вторых, переходя в область малых масс, мы рано или поздно сталкиваемся с объектами, массы (= температуры) которых слишком малы для загорания термоядерных реакций. Ничто не запрещает таким объектам образовываться и существовать; они просто не будут звездами.


Отправной точкой в изучении таких субзвездных объектов считаются работы Шива Кумара (Shiv S. Kumar), опубликованные в 1962–1963 годах. В них он указал, что сжатие газового сгустка заканчивается формированием устойчивой конфигурации без загорания термоядерных реакций, если масса сгустка не превосходит 0,07– 0,09 массы Солнца. Сам Кумар называл такие «недозвезды» черными карликами, однако с 1975 года за ними закрепилось другое название — коричневые (или бурые) карлики.

Коричневые карлики оставались гипотетическими объектами до середины 1990-х годов, когда развитие наблюдательной техники наконец достигло уровня, необходимого для обнаружения столь тусклых объектов. Дело в том, что коричневые карлики, так и не обзаведшиеся внутренним источником энергии, светятся лишь за счет накопленного при сжатии тепла.

Невысокая температура (примерно от 2500 К до сотен К) в сочетании с небольшим размером приводят к очень низкой светимости, да и то только пока карлик находится в относительно юном возрасте. Неудивительно, что первое сообщение о подтвержденном открытии коричневого карлика (Teide 1), опубликованное в сентябре 1995 года, относилось к объекту в молодом звездном скоплении Плеяды.

Сейчас количество известных коричневых карликов перевалило уже за тысячу, а полное их количество в Галактике как минимум сопоставимо с количеством «нормальных» звезд. Причем, если массы первых обнаруженных коричневых карликов были лишь незначительно ниже предела Кумара, то теперь известны субзвездные объекты, по массе уступающие Юпитеру.


Коричневые карлики и экзопланеты

Практически одновременно с открытием коричневых карликов в том же 1995 году было представлено еще одно значимое открытие — первая экзопланета у «нормальной» звезды. Теперь количество известных (и подтвержденных) экзопланет приближается к двум тысячам, и их массы тоже весьма разнообразны. В частности, среди них нередки планеты, массы которых в разы превосходят массу Юпитера. Иными словами, диапазоны масс планет и коричневых карликов существенно перекрываются.

Возникает естественный вопрос: а чем вообще планеты и коричневые карлики отличаются друг от друга? И те и другие имеют сходные (по крайней мере, перекрывающиеся) массы, и те и другие состоят главным образом из водорода, в спектрах атмосфер и тех и других обнаруживаются признаки значительного количества молекул…

Сейчас для разделения субзвездных объектов на планеты и коричневые карлики принят условный массовый порог — 13 масс Юпитера. При массе выше этого предела в объекте на самом раннем этапе его существования все-таки могут короткое время идти термоядерные реакции, но с участием не водорода, а дейтерия.


Дело в том, что первый, самый медленный шаг в стандартной протон-протонной цепочке превращения водорода в гелий представляет собой именно формирование дейтерия. Если дейтерий в газе уже есть (а он есть, остался после Большого взрыва), для его превращения в гелий достаточно и менее высокой температуры, поэтому дейтерий способен гореть в объектах существенно меньшей массы. Но, увы, дейтерия мало, и потому эти реакции быстро заканчиваются. Так вот, предельно малое значение массы для загорания дейтерия — именно 13 масс Юпитера. Но понятно, что это разделение ничего не говорит о том, по какому сценарию — «звездному» или «планетному» — образовался объект.

На первый взгляд вопрос о сценарии выглядит надуманным. Казалось бы, разница очевидна: планеты обращаются вокруг звезд, тогда как коричневые карлики представляют собой самостоятельные объекты, по сути, продолжение звездной НФМ в субзвездную область. Однако где гарантия, что «планета» с массой, скажем, 20 масс Юпитера (такие есть) образовалась именно как планета, а не как компонент двойной системы?

С другой стороны, есть и сценарии эволюции планетных систем, в которых некоторые планеты в результате взаимодействия со своими компаньонами выбрасываются из системы и отправляются в свободный полет. То есть теперешняя изоляция «коричневого карлика» с массой порядка массы Юпитера (и такие есть) вовсе не означает, что и родился он тоже в одиночестве.


С образованием коричневых карликов есть еще одна проблема: современные модели звездообразования зачастую предсказывают существенно меньшее количество коричневых карликов, чем их реально наблюдается. Образовать в турбулентном молекулярном облаке очень маломассивный сгусток оказывается не так-то просто. Поэтому в литературе время от времени появляются предположения о «третьем сценарии» формирования коричневых карликов, специфическом только для них.

Согласно одному из предлагаемых вариантов, коричневый карлик начинает свою жизнь как газовый сгусток в молекулярном облаке, но не успевает вырасти до звездного размера, потому что выбрасывается из облака из-за гравитационного взаимодействия с другими сгустками, которые по каким-то причинам росли (набирали массу) быстрее.

Важным признаком того, что коричневые карлики образуются именно по стандартному звездному сценарию, может стать их способность самим быть центрами планетных систем. В настоящее время планеты у коричневых карликов действительно обнаружены — около десятка. Самые массовые методы обнаружения экзопланет (лучевых скоростей и транзитный) с коричневыми карликами не работают; половина планет из этого десятка найдена при помощи микролинзирования, и еще половина была замечена на прямых изображениях.

Исследование протопланетных дисков

Статистика, прямо сказать, не очень богатая, поэтому более прогрессивным представляется другой способ — исследование протопланетных дисков у коричневых карликов.
нечно, не только планеты, но и диски у субзвездных объектов обнаруживать гораздо сложнее, чем у обычных звезд, но это все-таки возможно. Вообще, протопланетные диски у звезд с массой выше предела Кумара — объекты существенно более крупные, чем сами звезды, и потому их довольно часто удается наблюдать как протяженные объекты. Однако косвенные признаки наличия диска можно получить даже в тех случаях, когда разглядеть собственно диск по каким-то причинам невозможно. Во-первых, на существование диска указывает избыточное инфракрасное (ИК) излучение в спектре звезды: это светится не сама звезда, а пыль в диске, нагретая звездным излучением. Во-вторых, признаком наличия диска могут быть эмиссионные линии в спектре звезды (главным образом линии водорода), а также избыточное излучение в ультрафиолетовом диапазоне.

И линии, и ультрафиолетовый избыток указывают на присутствие очень горячего газа, существенно более горячего, чем поверхность звезды. Предполагается, что так проявляет себя газ, падающий на звезду — опять же из диска. По сути, аккреция вещества на звезду в данном случае является признаком ее молодости, точнее, признаком того, что формирование звезды еще не завершилось, а формирование планетной системы либо вовсе еще не началось, либо началось совсем недавно.

Нужно признать, что слово «протопланетный», прилагаемое к диску, есть некоторое забегание вперед: явных признаков образования планет в этих дисках пока никто не видел. Но косвенные свидетельства есть и в этом случае. Например, наблюдения указывают, что пыль в дисках крупнее, чем в родительских молекулярных облаках, а рост пыли как раз и есть первый шаг к образованию планет.


Все эти критерии применимы и к исследованиям коричневых карликов. Правда, находить у них диски по инфракрасному избытку сложнее, поскольку коричневые карлики, более холодные, чем звезды, обладают заметным собственным излучением в инфракрасном диапазоне. В то же самое время их диски, наоборот, более холодны. Иными словами, собственный инфракрасный спектр центрального объекта более ярок, а добавка от диска — менее значительна. Поэтому при выявлении предполагаемых дисков у коричневых карликов наблюдатели стараются по возможности не ограничиваться только обнаружением ИК-избытка, но и дополнять его наблюдениями эмиссионных линий. Таким образом, ИК-избыток указывает на наличие диска, а эмиссионные линии — на то, что этот диск является аккреционным, то есть поставляет вещество на центральный объект.

Конечно, лучше всего наблюдать протопланетные диски и у звезд, и у коричневых карликов на длинных волнах. В инфракрасном диапазоне светится только центральная горячая часть диска, а его более значительная холодная часть излучает в субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах. Поэтому достоверно оценить массу и размер диска можно только по длинноволновым данным.


Однако такие наблюдения существенно более сложны, чем наблюдения в оптическом и инфракрасном диапазонах, и даже для дисков у звезд выполнены лишь для нескольких объектов. У коричневых карликов же пространственно разрешенные наблюдения дисков проведены лишь для трех объектов, и делать это на сегодняшний день можно при помощи считаных инструментов, которые к тому же не жалуются на недостаток желающих на них наблюдать.

Тем не менее имеющиеся данные позволяют сделать важные выводы. Определив по инфракрасному избытку количество объектов с дисками, по ультрафиолетовому избытку и интенсивности эмиссионных линий — темп аккреции (выпадения вещества из диска на центральный объект), по наблюдениям в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах — массы и размеры дисков, можно определить место коричневых карликов в общей картине звездо- и планетообразования. И это место оказывается рядом со звездами.

Начнем с того, что доля коричневых карликов с дисками такая же, как и доля звезд с дисками: примерно половина. Далее, массы дисков коричневых карликов вписываются (хотя и с большим разбросом) в общую закономерность, ранее выведенную для звезд, — масса диска составляет примерно 1% от массы центрального объекта.

Темп дисковой аккреции и на звезды, и на коричневые карлики также подчиняется общей закономерности, будучи пропорциональным квадрату массы центрального объекта. Структура и размеры дисков коричневых карликов в тех редких случаях, когда их удается определить, также не выглядят чем-то из ряда вон выходящим.


Заключение

В общем, по крайней мере в отношении параметров дисков звёзды и коричневые карлики кажутся представителями единого населения с общей историей образования. Причем этот вывод подтверждается не только для более массивных карликов, но и для карликов планетных масс, порядка 10 масс Юпитера. Это указывает, что даже самые мелкие коричневые карлики рождаются самостоятельно.

Со сценарием выброса из области звездообразования всё не так ясно. С одной стороны, кажется, что такое драматическое событие должно было бы оставить коричневый карлик без диска. С другой стороны, модели показывают, что маленький диск при этом может уцелеть. Правда, у всех трех дисков, размеры которых были оценены при помощи ALMA, эти размеры оказались вполне солидными, от 66 до 139 а.е., поболе даже и Солнечной системы. Но, может быть, эти диски нетипичны?

Что мы сами пытаемся сделать: поскольку умеем моделировать структуру дисков и их молекулярный состав, логично попробовать найти между дисками коричневых карликов и дисками «нормальных» звезд какие-то обнаружимые отличия. Правда, проверить эти отличия в наблюдениях будет нелегко… Даже в «больших» дисках количество обнаруженных молекул пока едва перевалило за десяток, а в дисках у коричневых карликов и вовсе найдены только вода, ацетилен, углекислый газ и изомеры HCN и HNC. Однако есть надежда, что будущие наблюдения на ALMA позволят существенно расширить этот список.

Источник: elementy.ru


Коричневые карлики — звезды довольно необычные. Все основные их параметры сильно отличны от характеристик привычных для нас светил, впрочем, есть и сходство. Строго говоря, коричневый карлик — субзвездный объект, он занимает промежуточное положение между собственно светилами и планетами. Эти космические тела имеют сравнительно небольшую массу — от 12,57 до 80,35 от аналогичного параметра Юпитера. В их недрах, как и в центрах других звезд, осуществляются термоядерные реакции. Отличие коричневых карликов в крайне незначительной роли водорода в этом процессе. В качестве топлива такие звезды используют дейтерий, бор, литий и бериллий. «Горючее» сравнительно быстро заканчивается, и коричневый карлик начинает остывать. После завершения этого процесса он становится планетоподобным объектом. Таким образом, коричневые карлики — звезды, никогда не попадающие на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга—Рассела.

Невидимые странники

Эти интересные объекты отличаются еще несколькими примечательными характеристиками. Они представляют собой блуждающие звезды, не связанные с какой-либо галактикой. Теоретически подобные космические тела могут бороздить просторы космоса на протяжении многих миллионов лет. Однако одно из самых их значительных свойств — практически полное отсутствие излучения. Заметить такой объект без использования специальной аппаратуры невозможно. Подходящего оборудования у астрофизиков не было на протяжении достаточно длительного периода.

Первые открытия

Наиболее сильное излучение коричневых карликов приходится на инфракрасную спектральную область. Поиски таких следов увенчались успехом в 1995 году, когда был открыт первый подобный объект, Тейде 1. Он относится к спектральному классу М8 и располагается в скоплении Плеяд. В этом же году на расстоянии 20 световых лет от Солнца была обнаружена еще одна такая звезда, Gliese 229B. Она вращается вокруг красного карлика Gliese 229А. Открытия начали следовать одно за другим. На сегодняшний день известно более сотни коричневых карликов.

Коричневые карлики непросто идентифицировать из-за их схожести по разным параметрам с планетами и легкими звездами. По своему радиусу они приближаются в той или иной степени к Юпитеру. Примерно одинаковая величина этого параметра сохраняется для всего диапазона масс коричневых карликов. В таких условиях становится крайне непросто отличить их от планет.

Кроме того, далеко не все карлики этого типа способны поддерживать термоядерные реакции. Самые легкие из них (до 13 масс Юпитера) настолько холодны, что в их недрах невозможны даже процессы с использованием дейтерия. Наиболее массивные очень быстро (в масштабах космоса — за 10 млн лет) остывают и также становятся неспособными к поддержанию термоядерных реакций. Ученые для отличия коричневых карликов используют два основных способа. Первый из них — это измерение плотности. Коричневые карлики характеризуются примерно одинаковыми значениями радиуса и объема, а потому космическое тело с массой 10 Юпитеров и выше, вероятнее всего, относится к этому типу объектов.

Второй способ — обнаружение рентгеновского и инфракрасного излучений. Наличием такой заметной характеристики не могут похвастаться только коричневые карлики, температура которых опустилась до планетарного уровня (до 1000 К).

Способ отличия от легких звезд

Светило с небольшой массой — еще один объект, от которого бывает непросто отличить коричневый карлик. Что такое звезда? Это термоядерный котел, где постепенно сгорают все легкие элементы. Один из них — литий. С одной стороны, в недрах большинства звезд он достаточно быстро заканчивается. С другой — для реакции с его участием требуется сравнительно низкая температура. Получается, что объект с литиевыми линиями в спектре, вероятно, принадлежит к классу коричневых карликов. У этого метода есть свои ограничения. Литий часто присутствует в спектре молодых звезд. Кроме того, коричневые карлики могут за период в полмиллиарда лет исчерпать все запасы этого элемента.

Отличительным признаком может быть и метан. На заключительных этапах жизненного цикла коричневый карлик — звезда, температура которой позволяет накопить внушительное его количество. Другие светила не могут остыть до такого состояния.

Для различия коричневых карликов и звезд измеряют и их яркость. Светила тускнеют в конце своего существования. Карлики остывают всю «жизнь». На завершающих этапах они становятся настолько темными, что перепутать их со звездами невозможно.

Температура поверхности описываемых объектов изменяется в зависимости от массы и возраста. Возможные значения находятся в диапазоне от планетарных до характерных для наиболее холодных звезд класса М. По этим причинам для коричневых карликов первоначально было выделено два дополнительных спектральных типа — L и Т. Кроме них, в теории существовал и класс Y. На сегодняшний день его реальность подтверждена. Остановимся на характеристиках объектов каждого из классов.

Класс L

Звезды, относящиеся к первому типу из названных, отличаются от представителей предыдущего класса М присутствием полос поглощения не только оксида титана и ванадия, но и гидридов металла. Именно этот признак позволил выделить новый класс L. Также в спектре некоторых коричневых карликов, относящихся к нему, обнаружили линии щелочных металлов и йода. К 2005 году было открыто 400 подобных объектов.

Класс Т

Т-карлики характеризуются наличием в ближнем инфракрасном диапазоне полос метана. Аналогичные свойства ранее были обнаружены только у газовых гигантов Солнечной системы, а также спутника Сатурна Титана. На смену гидридам FeH и CrH, характерным для L-карликов, в Т-классе приходят щелочные металлы, такие как натрий и калий.

По предположениям ученых подобные объекты должны обладать сравнительно малой массой — не больше 70 масс Юпитера. Коричневые Т-карлики по многим параметрам схожи с газовыми гигантами. Характерная для них температура поверхности изменяется в диапазоне от 700 до 1300 К. Если когда-то в объектив камеры попадут такие коричневые карлики, фото будет демонстрировать объекты розовато-синего цвета. Такой эффект связан с влиянием спектров натрия и калия, а также молекулярных соединений.

Класс Y

Последний спектральный класс долгое время существовал лишь в теории. Температура поверхности подобных объектов должна быть ниже 700 К, то есть 400 ºС. В видимом диапазоне не обнаруживаются такие коричневые карлики (фото сделать не получится совсем).

Однако в 2011 году американские астрофизики объявили об открытии нескольких подобных холодных объектов с температурой от 300 до 500 К. Один из них, WISE 1541-2250, находится на расстоянии 13,7 световых лет от Солнца. Другой, WISE J1828+2650, характеризуется температурой поверхности в 25 ºС.

Рассказ о столь интересных космических объектах будет неполным, если не упомянуть о «Звезде смерти». Так называют гипотетически существующий двойник Солнца, по предположениям некоторых ученых располагающийся на расстоянии 50-100 астрономических единиц от него, за пределами облака Оорта. По мнению астрофизиков, предполагаемый объект составляет пару нашему светилу и проходит мимо Земли каждые 26 млн лет.

Гипотеза связана с предположением палеонтологов Дэвида Раупа и Джека Сепковски о периодическом массовом вымирании биологических видов на нашей планете. Высказано оно было в 1984 году. В целом теория довольно спорная, однако есть и доводы в ее пользу.

«Звезда смерти» — одно из вероятных объяснений таких вымираний. Подобное предположение одновременно возникло у двух разных групп астрономов. Согласно их расчетам, двойник Солнца должен двигаться по сильно вытянутой орбите. При сближении с нашим светилом она возмущает кометы, в большом количестве «населяющие» облако Оорта. В результате увеличивается количество их столкновений с Землей, что и приводит к гибели организмов.

«Звезда смерти», или Немезида, как еще ее называют, может быть коричневым, белым или красным карликом. На сегодняшний день, правда, подходящих на эту роль объектов обнаружено не было. Высказываются предположения, что в зоне облака Оорта располагается пока неизвестная планета-гигант, которая оказывает воздействие на орбиты комет. Она притягивает к себе ледяные глыбы, предотвращая тем самым их возможное столкновение с Землей, то есть действует совсем не так, как гипотетическая «Звезда смерти». Впрочем, доказательств существования планеты Тюхе (то есть сестры Немезиды) пока тоже нет.

Коричневые карлики для астрономов — сравнительно новые объекты. Еще массу сведений о них предстоит получить и проанализировать. Уже сегодня предполагается, что такие объекты могут быть компаньонами многих известных звезд. Трудности исследования и обнаружения карликов этого типа задают новую высокую планку для научного оборудования и теоретического осмысления.

Источник: FB.ru

К какому классу объектов относятся бурые карлики?

Коричневые карлики – одни из самых загадочных объектов Вселенной. Звезды, вес которых в 10 раз меньше Солнца, относятся к категории красных карликов. Но ни один ученый не допустит и мысли о том, что красный карлик не является звездой. А в середине 1990-х годов астрономы нашли объекты, которые были названы «черными призраками». Они обладали гигантскими размерами и внушительной гравитацией.

Измерение массы

Планета, с массой которой обычно сравнивается вес коричневого карлика, – Юпитер. Существуют бурые карлики, которые в 12 раз превосходят по своим размерам эту планету. Относить их к звездам ученые затрудняются. Но и планетой такой огромный объект назвать никак нельзя. В настоящее время астрономы активно обсуждают вопрос о том, стоит ли относить газовые гиганты и бурые карлики к разным категориям (напомним, что планета Юпитер является газовым гигантом).

Бурые карлики превосходят по своим размерам в несколько десятков раз Юпитер, но при этом в «черные призраки» приблизительно в сто раз меньше Солнца. Другое название коричневых карликов – бурые карлики. Несмотря на то что в науке принято их называть субзвездными объектами, однако они все же являются звездами, хотя и обладают весьма необычными свойствами.

Первые предположения

Впервые астрономы стали говорить об этом типе объектов в 1960-х годах. Однако ни одно предположение об их существовании не было подтверждено. Многие амбициозные ученые были заинтригованы, и начали усиленно изучать ближайшие окрестности Вселенной, пытаясь найти подобные объекты. Но в течение целых 35 лет никто так и не смог найти объект, хотя бы отдаленно напоминающий коричневый карлик. Однако такой исход событий был вполне закономерен – ведь этот тип звезд не излучает собственного света, либо его светимость настолько мала, что его попросту невозможно заметить. Кроме того, наземные телескопы имеют достаточно низкую чувствительность, чтобы замечать объекты подобного рода.

Свойства бурых карликов

Коричневых карликов астрономы не могут причислить ни к категории планет, ни к категории звезд. Самое простое определение будет таким: «тип несовершенных звезд». Они очень плохо росли, едва смогли достичь по своему весу определенного показателя, при котором внутри них начались бы процессы термоядерных реакций, благодаря которым обычные звезды сияют на небосклоне. Именно поэтому коричневые карлики не являются источником света и тепла. Астрономам чрезвычайно тяжело определить их местоположение.

Однако у ученых всегда есть несколько секретов, которыми они могут воспользоваться. Например, в спектре свечения коричневых карликов всегда присутствуют следы лития. Этот металл часто используется в различных видах промышленности, например, в производстве батареек. Но в космическом пространстве литий встречается редко, потому как легко распадается в таких условиях. Однако этот металл является типичным для бурых карликов.

Атмосфера холодных звезд

Еще одним признаком, по которому можно определить местонахождение таких звезд – это наличие метана. Этот газ не может накапливаться на обычных звездах из-за их высоких температур. Однако коричневые карлики относительно холодны, и поэтому метан легко накапливается в их атмосфере. Метановая атмосфера такого типа звезд является очень плотной.

На их поверхности бушуют неистовые ветры, и сюда никогда не проникают лучи других звезд, соответственно, погода никогда не бывает благоприятной. Поэтому на фото коричневые карлики выглядят негостеприимно. Исследователи космоса никогда не приближаются к этим звездам.

Посадить корабль на их поверхность невозможно. Сила их тяжести настолько чудовищна, что астронавты сразу же погибли бы в ее тисках еще до того, как корабль превратился бы в груду металла.

Многие из бурых карликов активно формируют около себя газопылевые облака, из которых, в свою очередь, формируются планеты. Такая планетная система недавно была обнаружена в созвездии Хамелеона.

Ближайший объект

А в 2014 году все астрономические журналы пестрили заголовками: «В окрестностях солнечной системы найден коричневый карлик». Бурому карлику было присвоено название WISE J085510.83-071442.5. Он расположен на расстоянии приблизительно в 7,2 световых годах от Солнца. Для сравнения: наиболее близкая к нам система – это Альфа Центавра, и находится она в 4 световых годах от планеты Земля. Масса этого бурого карлика была оценена учеными приблизительно. Считается, что данный объект в 3-10 раз больше планеты Юпитер. Некоторые астрономы предполагают, что с такой массой бурый карлик когда-то мог относиться к категории газовых гигантов, который со временем был выброшен за границы Солнечной системы.

Однако большинство исследователей все же склонны полагать, что этот объект относится к группе бурых карликов. Ведь они достаточно распространены во Вселенной. В дальнейшем астрономом Кевином Луманом, который анализировал снимки этого объекта, были обнаружены еще два бурых карлика. Они находятся на расстоянии 6,5 световых лет от нашей планеты. Непосредственно в Солнечной системе других бурых карликов астрономы пока не обнаружили. Возможно, все эти открытия только предстоят в будущем.

Таинственный спутник Солнца

Существует еще одно предположение о существовании особого коричневого карлика в Солнечной системе – Немезиды. Это теоретически предполагаемая звезда, которая когда-то была «компаньоном» Солнца. Однако ученые до сих пор спорят, к какой же категории она относится – бурых, красных или белых карликов. Теория о существовании Немезиды была выдвинута для того, чтобы объяснить цикличность процесса вымирания различных биологических видов на Земле – по наблюдениям ученых, это происходило каждые 27 млрд лет.

Однако астрономы пока не нашли подтверждения существованию Немезиды. Считается, что эта звезда могла быть спутником Солнца и вращаться по более вытянутой орбите. Теория о том, что вокруг Солнца вращается еще одна звезда, была популярной в научных кругах в 70-х – 80-х годах прошлого столетия. Когда звезда приближалась к планетам, она вызывала гравитационные возмущения в их орбитах, что и могло послужить массовому вымиранию видов. Кроме того, звезда могла приносить на землю кометы из облака Оорта, сквозь которое она проходила как раз каждые 27 млрд лет.

Бурые карлики в окрестностях Солнечной системы

Не так давно астрономами недалеко от Солнечной системы была обнаружена группа сверххолодных звезд – коричневых карликов. Исследования возглавлял астроном из Монреаля Дж. Роберт. Эти открытия помогут ученым в дальнейшем определить, насколько плотно эти объекты располагаются недалеко от нашей звездной системы, а также в других близлежащих областях. Команда астронома Дж. Роберта открыла 165 коричневых карликов. Треть из этих сверххолодных звезд (этот термин означает, что температура их поверхности не превышает 2200 Кельвинов) имеет достаточно необычный химический состав. Ученые считают, что открытие большей части звезд такого типа предстоит лишь в будущем, ведь предыдущие ученые «проглядели» большое количество объектов.

Источник: www.syl.ru

Когда коричневый карлик перестает быть звездой, а становится лишь газовым гигантом? И когда газовый гигант перестает быть планетой? Эти вопросы волновали астрономов долгие годы, для решения которых были пересмотрены определения для больших астрономических объектов нашей Солнечной системы.

Некоторые астрономы выдвигают свои решения для классификации таких объектов, основываясь не на их массе, а на том как они образовались и на том какие у них соседи. Астрофизик Кевин Шлауфман в своей работе предложил новую классификацию для решения задачи по определению коричневых карликов. Масса является простой для понимания частью этого нового определения, но не единственным фактором. То как объект образовался является столь же важной частью.

Шлауфман установил пределы для объектов, которые мы должны называть планетами. Верхний предел находится от 4 до 10 масс крупнейшей планеты Солнечной системы, Юпитера. Объекты с большей массой уже будут являться коричневыми карликами.

Коричневых карликов также называют "неудавшимися звездами", поскольку во время своего образования они не смогли набрать достаточное количество массы, чтобы стать полноценной звездой.

Именно улучшение методов наблюдения за другими звездными системами привели к необходимости создания новых определений. Раньше мы использовали только свою Солнечную систему как пример. Сейчас же нашему взору открыт доступ к огромному множеству других систем. Шлауфман провел наблюдения за 146 звездными системами, что позволило ему довольно сильно продвинуться в понимании коричневых карликов и в формировании планет.

Звездные системы формируются их газопылевого облака. Облако под действием собственной гравитации начинает сжиматься, что в итоге приводит к образованию одной или нескольких звезд в центре. Они начинают светиться при помощи ядерных реакций, происходящих в их недрах, таким образом становясь одной из звезд, которые мы наблюдаем на ночном небе. Оставшееся облако продолжает вращаться вокруг новой звезды, после чего из него образуются планеты. Этот пример является простой версией образования звездной системы.

В нашей Солнечной системе образовалась только одна звезда — Солнце. Газовые гиганты Юпитер с Сатурном образовались уже из оставшегося материала. Юпитеру досталась львиная доля, что сделало его самой большой планетой. Но что если бы условия были другими и Юпитер продолжил расти? Опираясь на работы Шлауфмана, планете пришлось бы вырасти еще в 10 раз, чтобы стать коричневым карликом. Но на этом новое определение коричневых карликов не заканчивается.

Металличность и Химический состав

Масса является лишь частью определения. Что реально стоит за новой классификацией, так это то каким образом объект сформировался. За этим стоит концепция металличности звезд.

Звезды имеют металлическую составляющую. В астрофизике это означает, что часть массы звезды составляют химические элементы кроме водорода и гелия. Поэтому любой элемент начиная с лития называют металлом. Именно из этих металличных материалов и образуются каменные планеты, как наша Земля. В ранней Вселенной был только водород и гелий, включая совсем ничтожное количество следующих двух элементов (лития и бериллия). Поэтому первые звезды были практически не металличными.

Но сейчас, спустя 13.8 млрд лет с рождения Вселенной, молодые звезды, такие как Солнце, имеют намного больше металла в своих недрах. Все потому, что предыдущие поколения звезд живя и умирая создали более тяжелые элементы, чем водород и гелий. Наше Солнце образовалось примерно 5 млрд лет назад и оно имеет металлы в своих недрах с самого своего рождения. Так или иначе, Солнце сделано преимущественно из водорода и гелия, но примерно 2% от его массы составляют другие элементы. В основном это кислород, углерод, неон и железо.

Опираясь на работу Шлауфмана мы можем найти различие между газовыми гигантами, как Юпитер, и коричневыми карликами по природе звезды вокруг которой они вращаются. Типы планет, которые формируются вокруг звезд, показывают металличность самой звезды. Газовые гиганты типа Юпитера обычно обращаются вокруг звезд с металличностью равной нашему Солнцу или немного превышающей его. Но коричневые карлики не привередливые, они могут образовываться вокруг любых звезд. Но почему?

Коричневые карлики и планеты формируются по-разному

Планеты подобные Юпитеру формируются при помощи аккреции, то есть в движущемся облаке вещества вокруг звезды. Сначала формируется каменное ядро, а затем образуется газовая оболочка. Когда процесс закончен, мы получаем газового гиганта. Но чтобы это стало возможным, необходимы металлы. Если металлы присутствуют в каменных ядрах планет, то это будет означать о наличии определенного количества металла в звезде.

Процесс образования звезды

Но коричневые карлики формируются не при помощи аккреции, как это делают планеты. Они формируются также как и звезды, посредством гравитационного коллапса газопылевого облака. Они также не формируются вокруг металлического ядра, поэтому количество металлов не является значимым фактором.

Это возвращает нас обратно к работе Кевина Шлауфмана. Он поставил перед собой задачу найти ту грань, после которой объекту не важна металличность звезды, вокруг которой он вращается. Ученый выяснил, что объекты с массой превышающей 10 масс Юпитера уже перестают зависеть от металличности звезды, потому что они не образуются из металлического ядра. Получается что коричневые карлики не являются звездами, поскольку в них не происходят термоядерные реакции, и они не являются планетами, потому что они образовались в результате гравитационного коллапса.

Источник: zen.yandex.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.