Коричневый карлик
Инфракрасный телескоп WISE обеспечил астрономам во время активной измерительной фазы в 2010 году обширные данные в четырех инфракрасных длинах волн. В настоящее время исследователи заняты тем, чтобы изучить и интерпретировать материал. При этом астрономами было отмечено, что эти объекты гораздо менее распространены в Пространстве, чем предполагалось ранее.
Исследовательская группа во главе с Дэви Киркпатриком (Davy Kirkpatrick) - Калифорнийский технологический институт - искала коричневые карлики в ближайших окрестностях Солнца на расстоянии нескольких десятков световых лет.
Коричневые карлики являются звездами, массы которых слишком малы, чтобы внутри них мог произойти синтез водорода в гелий - источник энергии большинства звезд. Таким образом, они могут только излучать тепловую энергию, которую они получили, и тепло, образующееся при медленном сжатии в течение миллиардов лет. Поэтому большинство из них слабо светится в инфракрасном диапазоне , некоторые из них имеют температуру всего около 25 градусов по Цельсию. При такой же величине, как Юпитер, массы коричневых карликов, превышают массу Юпитера в 13-75 раз.
Ранее астрономы предполагали, что на каждую настоящую звезду с реакцией ядерного синтеза внутри приходится один коричневый карлик . Теперь в непосредственном окружении Солнца выявлено, что это соотношение равно: один карлик к шести звёздам. До сих пор исследователи смогли найти в данных WISE, в общей сложности, 200 коричневых карликов, в том числе 13 самого холодного класса Y, температура поверхности которых ниже 170 градусов по Цельсию. После определения, каково их расстояние от Солнца, методом параллакса, исследовательская группа отметила, что существует 33 коричневых карлика на расстоянии 26 световых лет от нашего светила. В этом же объеме сейчас известно 211 звезд, в результате чего на каждого коричневого карлика приходится 6,4 звезды.
Сколько коричневых карликов в окрестностях Солнца вычислили астрономы Фото: NASA/JPL-Caltech
На этой карте показаны ближайшие космические окрестности нашего Солнца на расстоянии 30 световых лет. Она основана на данных измерений и представляет ряд звезд и коричневых карликов на верном удалении друг от друга и от Солнца. Каждая звезда коричневый карлик , находящаяся от Солнечной системы на расстоянии 26 световых лет, отмечена кружком. Синие кружки представляют известные ранее коричневые карлики, красные - открытые с помощью WISE. Красными точками обозначены красные карлики, наименее массивные звезды, в которых есть синтез атомов водорода в гелий. Ни один коричневый карлик в солнечной системе , конечно же не обнаружен.
Астрономы предполагают, что этот результат следует рассматривать как предварительный. Они считают, что в данных WISE ещё, возможно, найдутся коричневые карлики, которые могут привести соотношение к 5:1 или 4:1. Однако паритет исследователи полностью исключают. До сих пор не найдены коричневые карлики, которые находились бы к нам ближе, чем ближайшая к солнечной системе звезда Проксима Центавра, от которой нас отделяют 4,2 светового года. Ближе могут находиться свободно передвигающиеся планеты с массами в несколько масс Юпитера, которые испускают настолько малое инфракрасное излучение, что их не смог уловить, как пишет
Американские астрономы разрушили наше привычное представление о звездах, как о горячих объектах, открыв WD 0806-661 В – звезду, которая имеет комнатную температуру всего 30°С. «Холодная» звезда относится к классу коричневых карликов и удалена от Земли на 63 световых года.
Космический объект был обнаружен при помощи инфракрасного телескопа «Спитцер», который смог зафиксировать свечение коричневого карлика. Ученые классифицируют открытую звезду как планету, так как она в семь раз превышает массу Юпитера и вращается вокруг белого карлика. До обнаружения WD 0806-661 В класс коричневых карликов, к которому относится звезда, определяли как «горячие» звезды, температура которых невероятна высока.
Бурыми или коричневыми карликами являются субзвездные объекты, которые составляют от 13 до 80 масс Юпитера или от 0,012 до 0,0767 массы Солнца.
О том, что скрывает от нас коричневых карликов, астрофизики заговорили еще в 1960-е годы. Выдвигались теории о плотных звездоподобных телах, имеющих сравнительно небольшую массу и формирующихся из разрушающихся облаков газа. Астрофизики предполагали, и предположение оказалось верным, что зафиксировать свечение коричневых карликов возможно только в инфракрасном спектре.
Изначально подобные звезды получили определение черных карликов. Ранее ученые были уверены, что для поддержания стабильной термоядерной реакции масса звезды должна составлять 0,8 массы или превышать массу Юпитера как минимум в 80 раз. А массы темных субзвездных объектов, именно так классифицировались черные карлики, было недостаточно. Однако позже выяснилось, что звезды меньших размеров способны поддерживать термоядерную реакцию, но не способны восстанавливать потерю энергии. Это способствует быстрому охлаждению коричневых карликов и превращению их в объекты планетного типа.
Первым из обнаруженных коричневых карликов был Тейде-1, открытый в 1995 г в скоплении Плеяд. На сегодняшний день астрономам уже известно о существовании более 100 звезд такого типа, многие из которых находятся в районе Млечного Пути. Ученым удалось измерить массу таких коричневых карликов как Глизе-229В и Тейде-1 (57 и 36 масс Юпитера соответственно).
Для классификации коричневых карликов используется так называемый «литиевый тест», предложенный астрофизиком Рафаэлем Реболо. Этот метод основывается на том, что коричневые карлики, в отличие от звезд малой массы, содержат литий. А звезды, способные поддерживать термоядерную реакцию, как правило, быстро его расходуют. Литий также присутствует в атмосфере самых больших и самых молодых звезд. Но это не мешает определению коричневых карликов, так как данные объекты значительно отличаются от них размером.
Правда, по подсчетам ученых, тяжелые коричневые карлики, имеющие массу от 65 до 80 масс Юпитера, могут использовать свой литиевый запас всего за 500 миллионов лет, то есть за начальный период своего существования. Этот факт делает «литиевый тест» некомпетентным критерием для классификации подобных объектов.
Несмотря на существование тестов, всевозможных измерений и вычислений, определить является ли объект коричневым карликом или это обычная планета не так просто. Радиус карликов отличается от радиусов планет всего на 10 – 15% и приблизительно совпадает с радиусом Юпитера. Но отличие все же есть. При относительной схожести показателей радиуса и объема, коричневые карлики отличаются от планет плотностью. Поэтому, если объект превышает массу Юпитера более чем в 10 раз, то он, вероятнее всего, не является планетой. Еще одним критерием классификации коричневых карликов является выделяемые ими в процессе остывания инфракрасные и рентгеновские излучения.
И, наконец, третий критерий, по которому можно отличить коричневого карлика – это температура. Крупные звезды имеют приблизительную минимальную температуру поверхности около 4000К, а температура поверхности коричневых карликов значительно меньше и составляет от 300 до 3000К. На протяжении всего существования они находятся в постоянном процессе остывания, так как не могут поддерживать свою температуру за счет внутреннего термоядерного синтеза. Скорость потери тепла зависит от массы звезды: чем карлик массивнее, тем процесс остывания протекает медленнее.
О том, что возможно существование коричневых карликов с температурой поверхности менее 700К (400°С) ученые говорили давно. Но обнаружение настолько «холодного» карлика, как WD 0806-661 В стало сенсацией для научного мира. На данный момент звезда «комнатной» температуры единственная в данном классе, но можно сказать с долей уверенности, что далеко не последняя.
Как обидно, когда большое количество информации, выложенной на иностранных сайтах и касающейся самых новейших изобретений и научных открытий, попросту ускользает от пользователей русскоязычного интернета по причине незнания языка. А ведь так хочется быть в курсе всего происходящего. Выход есть, нужно только освоить английский язык, в том числе и разговорный английский. Получать информацию быстро, не дожидаясь перевода, что может быть удобнее?
Дмитрий Вибе,
докт. физ.-мат. наук, зав. отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН 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. 
Один из первых открытых коричневых карликов — спутник звезды Gliese 229. S. Kulkarni (Caltech), D. Golimowski (JHU) and NASA. С сайта hubblesite.org 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. 
В двойной системе Oph 162 225−240 515 оба компаньона
являются коричневыми карликами,
причем очень маломассивными,
с массами около 7 и 14 масс
Юпитера. С сайта www.eso.org 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. Конечно, 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. 
Диск у коричневого карлика OTS 44 в представлении художника. NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC). С сайта www.spitzer.caltech.edu 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.
Звезды - это самые горячие объекты во Вселенной. В их недрах происходят процессы термоядерного синтеза, в результате чего выделяется невероятно большое количество энергии. Температура поверхности звезд колеблется от 2 000 до 60 000 °С, а свет излучаемый ими виден за миллиарды световых лет. Но не все звезды одинаковы, есть и совершенно другие - холодные звезды, которые словно призраки блуждают по бескрайнему космосу, скрываясь от всех.
Теория
Такими звездами являются коричневые карлики (бурые карлики). Хотя согласно последнему утвержденному научным сообществом определению коричневые карлики - это субзвездные объекты малой массы (от 12 до 80 масс Юпитера или от 0,012 до 0,075 масс Солнца), но все же это звезды, пусть и не совсем обычные.
коричневый карлик в представлении художника
Впервые о коричневых карликах заговорили в 1960-х годах, но тогда их существование предполагалось только гипотетически. Гипотеза о существовании мелких, холодных и темных звезд заинтриговала многих ученых и через некоторое время начались поиски подобных объектов. Однако 35 лет наблюдений не позволили выявить хоть что-то похожее на гипотетический бурый карлик. С другой стороны, это было вполне закономерным, ведь как выяснится позднее такие звезды в большинстве своем не выделяют света (или их светимость ничтожно мала), а все наземные телескопы того времени имели слишком низкую чувствительность.
Первый коричневый карлик
Только в 1995 году благодаря использованию телескопов инфракрасного диапазона с повышенной чувствительностью удалось найти первого коричневого карлика - Тейде 1 . После было обнаружено еще очень большое количество подобных звезд, что наткнуло физиков на гипотезу о высокой распространенности бурых карликов во Вселенной, которая сейчас приобретает все большую правдоподобность.
второй обнаруженный коричневый карлик Глизе 229B, вращается вокруг красного карлика Глизе 229 в двухзвездной системе
В недрах коричневых карликов также как и в других звездах протекают процессы термоядерного синтеза , но они не носят стабильный характер и длятся относительно не долго, результатом этого является быстрое остывание звезды. Со временем светимость и температура бурых карликов постоянно снижается.
Спектральные классы
По температуре поверхности коричневые карлики довольно сильно разнятся между собой, поэтому было предложено разделить их на 4 спектральных класса (сперва классов было 3, класс Y долгое время отвергался научным миром):
Спектральный класс М - довольно массивные субзвездные объекты, близкие как по размерам, так и по поверхности температуры (до 2000 °С) к красным карликам.
Спектральный класс L - температура поверхности 1500-1000 °С, масса более 70 масс Юпитера. Первый обнаруженный карлик класса L - GD 165B . Всего найдено более 400 субзвезд этого типа.
Спектральный класс T - температура поверхности 1000-400 °С, масса менее 70 масс Юпитера. Первый найденный Т-карлик - Глизе 229B . На данный найдено больше 200 звезд спектрального класса T.
Спектральный класс Y - до 2011 года этот тип существовал только в теории. Температура ниже 400 °С.
Самые холодные звезды
В августе 2011 года было обнаружено 7 сверххолодных коричневых карликов отнесенных к классу Y.
Температура поверхности карлика CFBDSIR 1458+10 составляет приблизительно 97 °С .
Коричневый карлик WISE 1828+2650 обнаруженный космическим инфракрасным телескопом WISE имеет еще более низкую температуру - около 25 °С .
коричневый карлик WISE 1828+2650 класса Y в представлении художника
Случалось ли Вам смотреть в телескоп в инфракрасном диапазоне? Видели ли Вы тела, которые, родившись звездой, не смогли стать ей? Их судьба – остывать миллионы лет, пережив своих ярко сияющих соседей. Имя им – коричневые карлики.
Обделенные теплом, размерами, они изучаемы астрономами всего мира. И есть уникальная возможность заглянуть в эти исследования.
Измерения массы и температуры, карта поверхности – все это впереди. А сейчас – туда, откуда началась их история.
А история началась в 1962 году, с молодого американского ученого Шива Кумара. Ему удалось теоретически доказать существование коричневых карликов. Самое интересное, что он абсолютно точно описал все свойства и процессы, протекающие в их недрах. В 23 года!
Изучая звезды массой не более 0,1 массы Солнца (100 масс Юпитера), ему удалось рассчитать минимальную массу, при которой возможно рождение полноценной звезды. Эта отметка называется «предел Кумара». Ниже него термоядерный синтез не происходит.
Рождение звезды
Изображение туманности M42 получено с использованием фильтров серы (красный цвет), водорода (зеленый цвет) и кислорода (синий цвет).
Звезды, как и многие коричневые карлики, рождаются в результате коллапса газовых облаков. Основной химический элемент, содержащийся в этих облаках – молекулярный водород. Долгое время теорией возникновения в космосе «холодных звезд» была именно эта. Новые открытия субзвезд внесли свои коррективы.
Звезда является таковой тогда, когда в ее недрах протекает термоядерный синтез, т.е. горение водорода. Необходимая температура для «старта» – 3 млн градусов. Достигается она сжатием под воздействием гравитации – сжимаясь, увеличивается плотность газового шара. Выше плотность – выше температура. Когда плотность достигает своего предела, происходит воспламенение водорода, т.е. термоядерный синтез.
Рождение коричневого карлика
Ниже предела Кумара водород не воспламеняется. Максимум – дейтерий, изотоп водорода. Но его энергии недостаточно для термоядерного процесса. Согласно квантовой механике, в недрах субзвезд в определенный момент образуется электронный, или вырожденный, газ. Он возникает вследствие гравитации, но препятствует дальнейшему ее воздействию еще до того, как сжатие «запустит» горение водорода.
В 1995 году описанные процессы нашли свое подтверждение. Американские ученые обнаружили в созвездии Плеяды объект массой 0,06 массы Солнца. Чтобы окончательно подтвердить свое открытие, им предстояло проделать немало специализированных тестов.
Идентификация
Чтобы подтвердить свои предположения, американские ученые применили литиевый тест, сформулированный испанским астрофизиком Рафаэлем Реболо. Суть его проста. Звезды главной последовательности, сжигая водород, достигают крайне высоких температур. Атомы лития, в малом количестве присутствующие в их недрах, сгорают быстро и бесследно. А у коричневых субзвезд, даже с горящим дейтерием, его испарение растягивается на миллионы лет. Поэтому верный способ удостовериться, что обнаружен коричневый карлик – литиевая проба.
Малые размеры субзвезд, их низкая температура, соответствуют средним планетарным показателям. Отличия заключаются в плотности объекта и в наличии у некоторых карликов Х-излучения. Большинство их излучают в инфракрасном диапазоне. Отсюда и название – коричневые.
Существует градация самих коричневых карликов, подразделяющая их на три группы. Вашему вниманию предлагается блиц-осмотр каждого спектрального класса:
- Класс L – от 1300К до 2000К. Тела этого класса являются самыми теплыми и самыми крупными.
- Класс Т – от 700К до 1300К.
- Класс Y. Объекты этого класса являются самыми холодными и самыми «карликовыми». Долгое время они существовали лишь в гипотетических соображениях ученых.
Новые загадки
Коричневый карлик (вверху)
Астрономы XXI века ведут охоту на коричневых карликов. Сканируя небо в инфракрасном диапазоне, обнаружение «холодных» светил увеличилось в разы. Измеряются их температуры, массы, изучаются атмосферы, составляются карты поверхностей. Новые данные не только помогают ученым понять природу небесных тел. Иногда они опровергают устоявшиеся модели, знания. Парадокс. Чем больше открываешь, тем больше предстоит открыть.
Примером этому служит исследование, проведенное учеными Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Открыв 623 неизвестных коричневых карлика, спектроскопическому анализу подверглись четыре. Полученная информация противоречит представлению о том, что карлики и соседние звезды главной последовательности формируются одновременно в процессе коллапса. Оказалось, что субзвезды образовались существенно позднее звезд, находящихся с ними в одной системе. Пришлось формулировать новую теорию об одиночном формировании исследуемых объектов.
Новые открытия
Самыми активными в изучении коричневых карликов являются сотрудники NASA. Им удалось найти остывающий газовый шар с температурой всего 29 о С. Также они смогли описать агрессивную атмосферу, с бушующими штормами, с возможными дождями из раскаленных камней и расплавленного металла на поверхности субзвезд.
Американцам удалось составить карту поверхности коричневого карлика. Выбор пал на объект, находящийся в третьей по близости к Земле системе «морозных» тел.
Ближайшими к нам коричневыми карликами являются компаньон маленькой красной звезды SCR-1845-6357, вращающейся вокруг Солнца, и компаньоны звезды Эпсилон Индейца. Расстояние от нас до них – 12,7 и 11,8 световых лет соответственно. Такая близость дает возможность полномасштабного изучения этих тел.
Рождение новой планеты
Важным открытием стало формирование протопланетного диска вокруг одного из инфракрасных тел.
Были обнаружены даже пылинки, которых при холодных температурах подобных объектов быть не должно. Атомы вещества, даже в неблагоприятной среде, тянутся друг к другу, образуя твердые космические тела. Это открытие наводит на мысль о дополнении, если не о пересмотре, представлений о планеторождении.
Заключение
Исследования в этой области сегодня достаточно интенсивны. Значит, новые открытия еще впереди. Чтобы не пропустить ничего занимательного, оформляйте подписку на обновления блога.
Загрузка...
