Бурые карлики, планемо и перспективы населенности «холодных» систем
Размышляя о внеземной жизни, проще всего представить планету у солнца, может быть, нависающего, багрового, но все-таки настоящей звезды главной последовательности. Однако если искать пути простые, то на просторах Галактики, в принципе, делать нечего. Простые пути туда не ведут. Системы же планет бывают не только у звезд настоящих.
Холодные звезды: мир коричневых карликов
Для начала, о самих коричневых карликах – звездах минимальной (от 13 до 75 «юпитеров») массы. До совсем недавнего времени неизвестным оставалось, существуют ли они. Ибо название было дано объекту гипотетическому, до конца прошлого века не наблюдавшемуся. Что, собственно, и окрасило карлики в коричневый цвет. Цвет Юпитера. Теория предполагала, что в Галактике должны быть тела сходной со звездами природы, но массой уступающие даже красным карликам, а значит, неспособные разжечь в своих недрах термоядерные реакции. Представлялись такие тела похожими на Юпитер. Только больше.
В настоящий момент известно, что бурые карлики вовсе не бурые, что на Юпитер они не похожи (разве что независимо от массы имеют примерно равный с Юпитером размер), что термоядерные реакции разгораются в объектах уже от 0.013 солнечных масс, и что такие – сверхлегкие – звезды составляют треть населения Галактики. Однако обратить внимание следует на нижнюю границу массы. Изначально коричневые карлики ее не имели. Ныне же тела массой до 13 «юпитеров», но родившиеся по «звездному» механизму – путем коллапса холодной туманности, классифицируются как планемо.
...Но, кстати, о численности бурых карликов, будто бы высокой, но на самом деле скромной. Встречаются они вдвое реже, чем красные карлики – звезды массой от 0,075 до 0,47 солнечной. Тогда как в норме с убыванием массы звезды количество объектов растет примерно в квадрате. И это уже можно трактовать как первый намек, что бурые карлики не совсем звезды. Не все закономерности, выведенные для звезд главной последовательности, пережигающих водород на гелий, работают в их случае. И с численностью все просто. Где-то на уровне 10% массы Солнца рост вероятности формирования светила сменяется падением. Слишком мелкий обрывок туманности нестабилен и, скорее всего, будет развеян и поглощен более массивными объектами.
Отличается бурый карлик от настоящей звезды и по принципу действия. Термоядерные реакции в его недрах могут протекать лишь самые «легкие». Правильный водород-гелиевый цикл для тел легче 75 «юпитеров» недоступен. Давление в недрах недостаточно, чтобы преодолеть потенциальный барьер. Но в них могут гореть дейтерий и литий.
И это отличие принципиально. Звезда главной последовательности, состоящая из термоядерного горючего почти целиком, по мере эволюции разгорается все сильнее, так как с накоплением гелия растут плотность, давление в недрах и улучшаются условия протекания реакций. Светимость же бурого карлика с возрастом – по мере расходования дейтерия и лития – непрерывно падает. И падает тем быстрее, чем карлик массивнее. В среднем для тел этого типа температура фотосферы убывает вдвое за миллиард лет. Но легчайшие карлики Y-класса охлаждаются вдвое за 25 миллиардов лет. То есть… несмотря на некоторые недостатки, коричневый карлик на самом деле даже стабильнее, чем «правильная» звезда. Интенсивность реакций постоянно снижается в нем, но до конца он никогда (в пределах представимых отрезков времени) не погаснет.
Внутреннее строение коричневых карликов предсказуемо оказывается тем более планетоподобным, чем они легче. Наиболее массивные – полностью конвективны. То есть вещество, нагреваемое термоядерными реакциями в ядре, расширяется и поднимается к фотосфере по шестигранным конвективным колоннам, подобным таковым на Солнце. Но характерного для настоящих звезд твердого внутреннего ядра и зоны лучистого переноса – у них нет. Легчайшие же, напротив, могут иметь каменистое ядро, окруженное толщей металлического водорода, как планеты-гиганты. Но это – не факт.
...С фактами в случае коричневых карликов не густо. Но что они не коричневые – точно. Наиболее массивные, пока не выгорят, могут иметь температуру фотосферы до 2800 градусов, что соответствует ярко-красному, с претензией на оранжевый, цвету. В норме коричневый карлик – малиновый. Затем, по мере снижения массы или старения, его оттенок становится багровым, неровным, так как с уменьшением температуры в атмосфере происходит рекомбинация: образуются молекулярные соединения и облака. Самые же легкие или старые карлики, собственно, уже черные. Не излучают в видимой части спектра и, в отличие от планет, не отражают своей поверхностью свет звезды. Если не входят в состав кратной системы. Карлик Y-класса имеет температуру от 600 (у Венеры – 700) до 300 кельвинов. Что внезапно… делает его самого по себе пригодным для гипотетической «атмосферной» жизни. В атмосфере бурого карлика должна быть даже вода в форме облаков пара.