Коричневый карлик звезда. Коричневые карлики
Чем обширнее становятся теоретические знания и технические возможности ученых, тем больше открытий они совершают. Казалось бы, уже все объекты космоса известны и необходимо только объяснить их особенности. Однако Вселенная каждый раз при возникновении такой мысли у астрофизиков преподносит им очередной сюрприз. Часто, впрочем, такие новшества бывают предсказаны теоретически. В число подобных объектов входят коричневые карлики. До 1995 года они существовали только «на кончике пера».
Давайте знакомиться
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 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 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.
Отличия
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 Самые легкие из них (до 13 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 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.
Коричневые карлики: спектральный класс
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 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.
Двойник солнца — коричневый карлик
Рассказ о столь интересных 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.
И классифицировались как тёмные субзвёздные объекты, свободно плавающие в космическом пространстве и имеющие слишком малую массу, чтобы поддерживать стабильную термоядерную реакцию. В настоящее время понятие чёрный карлик имеет совсем другое значение.
В ранних моделях строения звёзд считалось, что для протекания термоядерных реакций масса звезды должна быть хотя бы в 80 раз больше массы Юпитера (или 0,08 массы Солнца). Гипотеза о существовании плотных звездоподобных объектов с массой меньше указанной (коричневые карлики) была выдвинута в начале 60-х годов XX-го века. Считалось, что образование их протекает во многом подобно образованию обычных звёзд, но обнаружить их очень сложно, так как они практически не испускают видимого света. Наиболее сильное излучение коричневых карликов наблюдается в инфракрасном диапазоне.
Но на протяжении нескольких десятилетий наземные телескопы, работающие в этом диапазоне, имели слишком низкую точность и поэтому были неспособны обнаружить коричневые карлики. Позднее было выдвинуто предположение, что в зависимости от компонентов, участвующих в формировании звезды, критическая масса, необходимая для протекания такого же как и в обычной звезде термоядерного синтеза гелия с участием водорода, составляет 75 масс Юпитера. Субзвёздные объекты, достаточно быстро сформировавшиеся сжатием туманности, могут иметь массу меньше 13 масс Юпитера. В них вообще исключено протекание каких-либо термоядерных реакций.
Теория
Различия между тяжёлыми коричневыми карликами и лёгкими звёздами
Литий : Коричневые карлики, в отличие от звёзд с малой массой, содержат литий . Это происходит из-за того, что звёзды, имеющие достаточную для термоядерных реакций температуру, быстро исчерпывают свои первоначальные запасы лития. При столкновении ядра лития-7 и свободного протона образуются два ядра гелия-4 . Температура, необходимая для этой реакции, немного ниже, чем температура, при которой возможен термоядерный синтез с участием водорода. Конвекция в звёздах является причиной полного истощения запасов лития, который из холодных наружных слоёв постепенно попадает в горячие внутренние и там сгорает. Следовательно, наличие литиевых линий в спектрах кандидатов на коричневые карлики является хорошим признаком их субзвёздной структуры. Такой подход к различению коричневых карликов и звёзд с малой массой впервые был предложен Рафаэлем Реболо и его коллегами и получил название «литиевый тест» .
- В то же время, литий присутствует в составе очень молодых звёзд, не успевших ещё сжечь его. Более тяжёлые звёзды, такие как наше Солнце, содержат литий в верхних слоях атмосферы, которые слишком холодны для реакций с его участием. Но такие звёзды легко отличимы от коричневых карликов по размеру.
- С другой стороны, тяжёлые коричневые карлики (порядка 65-80 M J ) способны истощить запасы лития в начальные периоды своей жизни, то есть примерно за полмиллиарда лет. Таким образом, «литиевый тест» не совершенен.
Метан : В отличие от звёзд, некоторые коричневые карлики на заключительном периоде своего существования достаточно холодны, чтобы за долгое время накопить в своей атмосфере обозримое количество метана . Примером может служить Gliese 229 .
Яркость : Звёзды главной последовательности, остывая, в конечном итоге достигают минимальной яркости, которую они могут поддерживать стабильными термоядерными реакциями. Это значение яркости в среднем составляет минимум 0,01 % яркости Солнца. Коричневые карлики остывают и тускнеют постепенно на протяжении своего жизненного цикла. Достаточно старые карлики становятся слишком тусклыми, чтобы считаться звёздами.
Различия между малыми коричневыми карликами и большими планетами
Отличительным свойством коричневых карликов является то, что они имеют радиус, приблизительно равный радиусу Юпитера. В массивных коричневых карликах (60-80 M J ) определяющую роль, как и в белых карликах , играет давление вырожденного электронного газа (ферми-газа). Объём лёгких коричневых карликов (1-10 M J ) определяется действием закона Кулона . Результатом всего этого является то, что радиусы коричневых карликов различаются всего на 10-15 % для всего диапазона масс. Из-за этого отличить их от планет достаточно трудно.
Кроме того, многие коричневые карлики не способны поддерживать термоядерные реакции. Лёгкие (до 13 M J ) - слишком холодны и в них невозможны даже реакции с участием дейтерия, а тяжёлые (более 60 M J ) остывают слишком быстро (приблизительно за 10 миллионов лет) и тем самым теряют способность к термоядерному синтезу. Но всё же существуют способы отличить коричневый карлик от планеты:
- Измерение плотности . Все коричневые карлики имеют приблизительно одинаковый радиус и объём. Следовательно, объект с массой более 10 M J скорее всего не является планетой.
- Наличие рентгеновского и инфракрасного излучения. Некоторые коричневые карлики излучают в рентгеновском диапазоне. Все «тёплые» карлики излучают в красном и инфракрасном диапазонах, пока не остынут до температуры, сопоставимой с планетарной (до 1000 ).
| Тип объекта | Масса (M S o l ) | Термоядерный синтез | Наличие | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Li | D | ||||
| Красные карлики | 0,1-0,075 | Длительный | Непродолжительный | Нет | Нет |
| Коричневые карлики | 0,075-0,065 | Непродолжительный | Непродолжительный | Есть | Нет |
| Коричневые карлики | 0,065-0,013 | Нет | Непродолжительный | Есть | Нет |
| Планеты | < 0,013 | Нет | Нет | Есть | Есть |
Практика
Очередной коричневый карлик был обнаружен в марте 2006 г. группой астрономов с помощью телескопа Южно-европейской обсерватории. Объект был найден у звезды SCR, находящейся на расстоянии 12,7 световых лет. Неожиданно открытая звезда обращается вокруг ранее известной звезды на расстоянии, примерно в четыре раза превышающем расстояние от Земли до Солнца, и характеризуется рекордно низкой температурой поверхности - «всего» 750 градусов по Цельсию.
Самые известные коричневые карлики
Образ в литературе
В романе «Туманность Андромеды» И.Ефремова «Тантра» и «Парус» налетают на подобную систему и встречают там нормально-агрессивную жизнь.
В романе Карла Шрёдера «Неизменность» (K. Schroeder, «Permanence») коричневый карлик использован как фон для научно-фантастического произведения.
Коричневый карлик излучает достаточно энергии в инфракрасном диапазоне, чтобы на планете, находящейся на низкой орбите, могла возникнуть жизнь.
В романе описан мир без Солнца, на небе которого присутствуют только звёзды и неимоверных размеров тёмный диск, в 20 раз превосходящий по размерам Луну . Диск раскалён докрасна и закрывает собой большую часть неба, но не испускает видимого света, а только тепло. Такой мир может достаточно хорошо обогреваться для появления жидкой воды и человеческой колонизации, но для земных существ это будет мир вечной темноты. Хотя жители такого мира могут иметь инфракрасное зрение. Осевое вращение планеты, по-видимому, будет заторможено приливными силами , так что тёмное «светило» должно быть неподвижным на небе.
Примечания
См. также
Ссылки
История
- S. S. Kumar, Low-Luminosity Stars . Gordon and Breach, London, 1969 - an early overview paper on brown dwarfs.
- Kulkarni 1997 overview paper
Детали
- Проект «Астрогалактика». Справка. О коричневых карликах
- A geological definition of brown dwarfs , contrasted with stars and planets (via Berkeley)
- Neill Reid’s pages at the Space Telescope Science Institute:
- On spectral analysis of M dwarfs, L dwarfs, and T dwarfs
- Temperature and mass characteristics of low-temperature dwarfs
- Brown Dwarfs and ultracool dwarfs (late-M, L, T) - D. Montes, UCM
Звёзды
- Cha Halpha 1 stats and history
- A census of observed brown dwarfs (not all confirmed), ca 1998
- Epsilon Indi Ba and Bb , a pair of brown dwarfs 12 ly away
Астрономы знают, что Солнце в основном окружено маломассивными светилами. Ближайшая к нам звезда - Проксима Кентавра, открытая в 1915 г. южноафриканским астрономом Робертом Иннесом, излучает в тысячу раз слабее Солнца и имеет массу 0.1 М ¤ . Она входит в систему Альфы Кентавра - двойной звезды, главный компонент которой очень похож на Солнце. Чуть дальше них расположена Летящая звезда, открытая в 1916 г. американским астрономом Эдвардом Барнардом; она чуть-чуть массивнее Проксимы Кентавра. Третью от Солнца подобную звезду обнаружил в 1918 г. немецкий астроном Макс Вольф; звезда Wolf 359 заметно слабее Проксимы, но и она, по-видимому, является нормальной звездой главной последовательности.
Целью найти еще менее массивные звезды задался Джордж Ван-Бисбрук из Йеркской обсерватории (штат Висконсин, США). В 1940 г. он начал поиск слабых компаньонов у близких к Солнцу тусклых звезд; расстояния до этих звезд уже были измерены, поэтому определение яркости спутников сразу позволяло вычислить их светимость. В 1943 г. Ван-Бисбрук нашел у красного карлика в созвездии Орла маленького компаньона, получившего имя VB 10, который светится почти в 10 раз слабее, чем Wolf 359. До начала 80-х звезда VB 10 оставалась самым тусклым среди известных светил. Но, чтобы наверняка отнести ее к разряду коричневых карликов, нужно знать массу, которую до сих пор точно установить не удалось. Это можно было бы сделать, наблюдая взаимное движение VB 10 и ее более яркого компаньона, но их орбитальный период оказался очень велик и поэтому пока не измерен.
Среди обнаруженных Ван-Бисбруком карликовых звезд еще одна привлекла всеобщее внимание в 1984 г.: Роберт Харрингтон из Морской обсерватории (США) заметил у звезды VB 8 периодические “покачивания”, указывающие на присутствие рядом с ней более легкого спутника. Группа Доналда Маккарти из Аризонского университета с помощью метода инфракрасной спекл-интерферометрии “разглядела” спутник и даже измерила его температуру: объект VB 8B оказался слишком холодным для звезды - всего 1360 К, а его массу астрономы оценили в 0.05 М ¤ . В прессе поднялся большой шум по поводу “первого открытия планеты за пределами Солнечной системы” (Сурдин В.Г. Поиск черных карликов // Земля и Вселенная. 1984. № 2. С.70-71.). Среди астрономов разгорелись нешуточные дискуссии о том, этично ли в угоду интересующейся внеземной жизнью публике называть коричневый карлик планетой. Но споры завершились совершенно неожиданно: повторные наблюдения не подтвердили существование объекта VB 8B; он оказался артефактом. Однако научный и общественный интерес к минизвездам и внесолнечным планетам уже не угасал. Поиск таких объектов начал набирать обороты. Открытие коричневых карликов Начавшиеся более 30 лет назад поиски коричневых карликов во второй половине 80-х годов превратились в настоящий ажиотаж и регулярно до середины 90-х приносили неподтвержденные сообщения об открытиях этих объектов. Проводились специальные конференции, выходили книги, но каждый раз найденный объект при более внимательном изучении оказывался звездой.
Реального успеха эти поиски достигли за последние три-четыре года в основном благодаря созданию новой астрономической техники. Во-первых, были построены очень большие телескопы, подобные 10-метровым Кек-1 и -2, снабженные новыми инфракрасными (ИК) ПЗС-матрицами большого размера. Они позволили осуществить поиск карликов в соседних молодых звездных скоплениях, таких как Плеяды. Во-вторых, было проведено два обзора всего неба в близком ИК-диапазоне, которые выявили множество близких холодных объектов. В-третьих, вошли в эксплуатацию несколько мощных ИК-спектрографов именно в том диапазоне, где светят коричневые карлики. Наконец, высокоточное измерение лучевых скоростей звезд позволило обнаружить присутствие вблизи них планет-гигантов и сравнить их характеристики и частоту встречаемости с данными о коричневых карликах.
Большую роль в достижении успеха сыграли новые компьютерные модели маломассивных звезд и планет-гигантов, созданные группами Такаси Тсуджи из Токийского университета и Адама Барроуза из Аризонского университета. Важнейшим стало предсказание ведущей роли метана (CH 4) и пыли в формировании спектра холодных (Т <1500 К) карликов. Теоретики указали, что сильные полосы поглощения метана могут кардинально исказить спектр звезды и превратить красный цвет карликов в желтоватый. Возможность конденсации пылинок в холодных атмосферах этих звезд также была предсказана теоретически.
Первый успех принес 1996 год, когда И.Накаджима с коллегами в ходе поиска холодных компаньонов ближайших к Солнцу звезд обнаружили у звезды Gliese 229 очень холодный спутник: Т <1000 K, L = 6.4 10 –6 L ¤ . В точном соответствии с предсказанием спектр Gliese 229В содержал сильные полосы метана, а его цвет в ближнем ИК-диапазоне был желтоватым. Именно эти свойства стали ключевыми при поиске столь редких объектов при проведении больших обзоров неба. Так, Эдвард Розенталь, Марк Гарвелл и Пол Хо из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики для обнаружения коричневых карликов использовали специальный светофильтр, центрированный на полосу поглощения метана.
Роль пыли также оказалась весьма важной. У самых холодных звезд класса М с температурой поверхности около 3000 К в спектре видны мощные полосы поглощения оксидов титана и ванадия (TiO, VO). Но у более холодных звезд их не оказалось. До открытия Gliese 229В самым темным и холодным (T = 1900 К, L = 1.2 10 –4 L ¤) был компаньон белого карлика, объект GD 165B, который в отличие от других холодных звезд не имел полос поглощения TiO и VO, за что был прозван странной звездой. Такими же оказались спектры и других коричневых карликов с температурой ниже 2000 К. Детальное численное моделирование показало, что молекулы TiO и VO в их атмосферах сконденсировались в твердые частицы - пылинки и уже не проявляют себя в спектре, как это свойственно молекулам. Новый спектральный класс Классификация звездных спектров сложилась в первой половине ХХ в. Это известная гарвардская последовательность O-B-A-F-G-K-M, в основном отражающая температуру фотосферы, и дополнительные классы R, N и S, отражающие вариации химического состава холодных звезд-гигантов. Однако на этом развитие спектральной классификации не прекратилось: подавление спектральных полос TiO и VO в результате формирования пыли при T <2000 K потребовало в конце века введения нового спектрального класса. В 1998 г. Дэви Киркпатрик из Калифорнийского технологического института предложил расширить гарвардскую систему, добавив в нее класс L для маломассивных звезд, излучающих в инфракрасном диапазоне. Спектр L-карликов характеризуется сильной полосой поглощения CrH, сильными линиями щелочно-земельных металлов Cs и Rb, а также широкими линиями калия и натрия. Без информации о возрасте объекты L-класса нельзя автоматически считать коричневыми карликами: очень старые маломассивные звезды тоже могут остыть ниже 2000 К. Но большинство объектов L-класса все же должны быть именно коричневыми карликами.
Чем холоднее атмосфера звезды, тем труднее она поддается теоретическому
анализу. Присутствие пыли лишь усложняет задачу: конденсация пылинок не
только изменяет состав свободных химических элементов в атмосфере, но и
влияет на теплообмен и форму спектра. Первые модели, учитывающие пыль,
предсказывали парниковый эффект в верхних слоях атмосферы и уменьшение
глубины молекулярных полос поглощения. Эти эффекты, кажется, подтверждаются.
Но проблема пыли сложна: после конденсации пылинки начинают тонуть. Возможно,
в атмосфере формируются отдельные облака пыли на разных уровнях. Вероятно,
метеорология коричневых карликов при внимательном изучении окажется не
менее разнообразной, чем у планет-гигантов. Но если изучать атмосферы планет
мы можем с близкого расстояния, то метановые циклоны и пылевые бури на
коричневых карликах придется выявлять только путем расшифровки их спектров.
Литиевый тест
Кстати, одна из особенностей спектров коричневых карликов - наличие в них
линий поглощения лития, что также было теоретически предсказано. Литий
- нежный элемент: он разрушается ядерными реакциями при температуре выше
2.4 10 6 K. Поэтому все звезды должны были сжечь свой литий еще
до начала реакций с участием водорода, причем не только в ядрах: маломассивные
звезды и коричневые карлики охвачены конвективным движением по всему объему,
поэтому рано или поздно все их вещество проходит через ядро, и литий в
конце концов сгорает без остатка (cм.
также: Сурдин В.Г. Литиевая звезда // Природа. 1999. № 6. С.101-103)
.
Звезда минимальной массы (0.07 М
¤) сжигает 99% своего
лития за 2.2 10 8 лет, а коричневый карлик с массой ниже 0.06
М
¤
сожжет такую же долю лития лишь за время более 10 10 лет. Этим
и обоснован так называемый литиевый тест: обнаружение у холодной звезды
линии Li 6708А° сразу указывает, что ее масса меньше 0.06 М
¤ .
.
Звезды являются самыми горячими объектами не только в Солнечной системе, но и во всей Вселенной. Внутри них постоянно происходят термоядерные реакции, и в результате этих реакций происходит выброс большого количества энергии. Температура звезд достигает гигантских значений - от 2 до 60 тыс. градусов по Цельсию. Однако не все звезды похожи друг на друга. Существуют и другие, гораздо более холодные звезды.
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.
Дэвид Уилкок только что выпустил короткое сообщение, в котором он признается, что теперь верит, что наша Солнечная система, на самом деле, является двойной звездной системой. Если это правда, то значит, что у нашего Солнца есть звезда-компаньон. По Уилкоку, эта другая звезда — коричневый карлик.
Вы можете подумать, если наша солнечная система состоит из двух звезд, то почему мы не видим другую? Хороший вопрос. Ответ заключается в объяснении, что эта звезда-компаньон является коричневым карликом. Это своего рода звезда. Либо она никогда не получала необходимой массы, чтобы зажечь ядерные реакции синтеза и стать обычной звездой, в нашем понимании. Либо она дошла до такой точки, когда термоядерная реакция прекратилась. Коричневые карлики стали описывать недавно, и обычно их сравнивают с Юпитером, и наука в настоящее время обсуждает, следует ли проводить различие между карликовыми звездами и газовыми гигантами.
Две звезды, чтобы быть частью двойной системы, должны вращаться вокруг общего центра тяжести — точки гравитационного равновесия между ними. По-видимому, именно такой сценарий мог бы объяснить некоторые аномалии во внешней части нашей Солнечной системы, которые ученым было всегда сложно объяснять! И если есть коричневый карлик, звезда-компаньон, мы, очевидно, не увидим его, потому что он не горит.
«Мягкое» раскрытие
Знаете ли вы, что астрономы, ученые считают, что наиболее видимые звездные системы являются бинарными? Многие ли это знали. Но в последнее время стало заметно, что многие статьи касаются темы бинарных систем. Соедините это с объявлением, что телескоп НАСА Кеплер показал, что большинство звездных систем, вероятно, имеют планеты, и аргументом будет то, что мы наблюдаем своего рода «мягкое раскрытие» реальности, уже известной элите нашей планеты.
В ходе исследований по этой теме, стало известно, что ученые объявили в этом году, что созвездие Mizar (сообщение Lake Afton Public Observatory) на самом деле не просто двоичная система, а содержит шесть звезд!
Еще одна интересная история, связанная с нашей парной звездой, – появление мема о втором Солнце на YouTube. Многие видео, якобы от всяких разных людей со всех уголков планеты, показывают второй яркий объект в нашем небе. Иногда это видно невооруженным глазом, но во многих случаях это можно увидеть только через фильтр. Большинство из этих видео не оказываются подделкой. Не понятно как они могли появиться. Я пытался также увидеть второй яркий объект в небе. Я пытался блокировать солнце двумя парами очков. В дни, когда облачный покров достаточно плотный, чтобы сделать видимым солнечный диск, не повреждая глаз, я заметил, что он, кажется, одиноким. Но есть еще так много видео, что это явление по-прежнему представляется возможным, если не вероятным. Зададимся вопросом, для чего поддельные видео кто-то создает и выставляет в Интернет? Одним из объяснений может быть то, что кто-то, очень сильный, хочет мягко облегчить коллективное человеческое приятие второго солнца.
Two suns photo courtesy Cameron Wright
December 9, 2012 | Queensland, Australia
Конечно, они, вероятно, не являются подделкой. Я это говорю, не потому, что видео нельзя подделать. Я говорю это потому, что изображение, размещенное чуть выше, представлено на моей собственной страничке facebook другом Камерон Райт из Квинсленда, Австралия. Он сам сделал эту фотографию. Если само небо не является подделкой, конечно. Данные фотографии и видео являются подлинными явлениями, отражающими происходящее. И они сделаны совсем недавно, в течение последних 24 часов!
