Коричневые карлики – космические тела, светящие совсем недолго

Популярная механикаНаука

Темные светила: коричневые карлики

Коричневые карлики – космические тела с массой 1–8% солнечной. Они слишком массивны для планет, гравитационное сжатие делает возможным термоядерные реакции с участием "легкогорючих" элементов. Но для "зажигания" водорода их масса недостаточна, и поэтому, в отличие от полноценных звезд, светят коричневые карлики недолго.

Алексей Левин

Астрономы не ставят экспериментов — они получают информацию с помощью наблюдений. Как сказал один из представителей этой профессии, не существует настолько длинных приборов, чтобы ими можно было дотянуться до звезд. Однако в распоряжении астрономов имеются физические законы, которые позволяют не только объяснять свойства уже известных объектов, но и предсказывать существование еще не наблюдавшихся.

Предвидение Шива Кумара

Про нейтронные звезды, черные дыры, темную материю и иные космические экзоты, вычисленные теоретиками, наслышаны многие. Однако во Вселенной немало и других диковинок, открытых тем же способом. К их числу относятся тела, занимающие промежуточное положение между звездами и газовыми планетами. В 1962 году их предсказал Шив Кумар, 23-летний американский астроном индийского происхождения, только что защитивший докторскую диссертацию в Мичиганском университете. Кумар назвал эти объекты черными карликами. Позднее в литературе фигурировали такие имена, как черные звезды, объекты Кумара, инфракрасные звезды, однако в конце концов победило словосочетание «коричневые карлики» (brown dwarfs), предложенное в 1974 году аспиранткой Калифорнийского университета Джилл Тартер.

e5d60cb2c85605a4f78bc0f18d230b1b.jpg
Четыре года международная команда астрономов "взвешивала" ультрахолодный карлик класса L (6,6% солнечной массы) с помощью телескопа "Хаббл", VLT и телескопа им. Кека.

Кумар шел к своему открытию четыре года. В те времена основы динамики рождения звезд уже были известны, но в деталях оставались изрядные пробелы. Однако Кумар в целом столь верно описал свойства своих «черных карликов», что впоследствии с его заключениями согласились даже суперкомпьютеры. Все-таки человеческий мозг как был, так и остается лучшим научным инструментом.

Рождение недозвезд

Звезды возникают в результате гравитационного коллапса космических газовых облаков, которые в основном состоят из молекулярного водорода. Кроме того, там имеется гелий (один атом на 12 атомов водорода) и следовые количества более тяжелых элементов. Коллапс завершается рождением протозвезды, которая становится полноправным светилом, когда ее ядро разогревается до такой степени, что там начинается устойчивое термоядерное горение водорода (гелий в этом не участвует, поскольку для его поджога нужны температуры в десятки раз выше). Минимальная температура, необходимая для воспламенения водорода, составляет около 3 млн градусов.

Кумара интересовали самые легкие протозвезды с массой не выше одной десятой массы нашего Солнца. Он понял, что для запуска термоядерного горения водорода они должны сгуститься до большей плотности, нежели предшественники звезд солнечного типа. Центр протозвезды заполняется плазмой из электронов, протонов (ядер водорода), альфа-частиц (ядер гелия) и ядер более тяжелых элементов. Случается, что еще до достижения температуры поджога водорода электроны дают начало особому газу, свойства которого определяются законами квантовой механики. Этот газ успешно сопротивляется сжатию протозвезды и тем препятствует разогреву ее центральной зоны. Поэтому водород либо вообще не зажигается, либо гаснет задолго до полного выгорания. В таких случаях вместо несостоявшейся звезды формируется коричневый карлик.

364d0d6bd7a117ccbe714c93819bdd60.jpg
Возможность вырожденного ферми-газа к сопротивлению гравитационному сжатию отнюдь не беспредельна, и это легко показать на пальцах. По мере того как электроны заполняют все более высокие уровни энергии, их скорости возрастают и в конце концов приближаются к световой. В этой ситуации сила тяготения одерживает верх и гравитационный коллапс возобновляется. Математическое доказательство сложнее, но вывод аналогичен. Так и получается, что квантовое давление электронного газа останавливает гравитационный коллапс, лишь если масса коллапсирующей системы остается ниже определенной границы, соответствующей 1,41 массы солнца. Она называется пределом чандрасекара – в честь выдающегося индийского астрофизика и космолога, который вычислил ее в 1930 году. Предел чандрасекара задает максимальную массу белых карликов, о чем нашим читателям наверняка известно. Однако предшественники коричневых карликов в десятки раз легче и о пределе чандрасекара могут не беспокоиться.

Кумар вычислил, что минимальная масса нарождающейся звезды равна 0,07 массы Солнца, если речь идет о сравнительно молодых светилах популяции I, которым дают начало облака с повышенным содержанием элементов тяжелее гелия. Для звезд популяции II, возникших более 10 млрд лет назад, во времена, когда гелия и более тяжелых элементов в космическом пространстве было гораздо меньше, она равна 0,09 солнечной массы. Кумар нашел также, что формирование типичного коричневого карлика занимает около миллиарда лет, а его радиус не превышает 10% радиуса Солнца. Наша Галактика, как и другие звездные скопления, должна содержать великое множество таких тел, но их трудно обнаружить из-за слабой светимости.

Как они зажигаются

Со временем эти оценки не особенно изменились. Сейчас считают, что временное возгорание водорода у протозвезды, родившейся из относительно молодых молекулярных облаков, происходит в диапазоне 0,07−0,075 солнечной массы и длится от 1 до 10 млрд лет (для сравнения, красные карлики, самые легкие из настоящих звезд, способны светить десятки миллиардов лет!). Как отметил в беседе с «ПМ» профессор астрофизики Принстонского университета Адам Барроуз, термоядерный синтез компенсирует не более половины потери лучистой энергии с поверхности коричневого карлика, в то время как у настоящих звезд главной последовательности степень компенсации составляет 100%. Поэтому несостоявшаяся звезда охлаждается даже при работающей «водородной топке» и тем более продолжает остывать после ее заглушки.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Хороших девочек не убивают»: легкий детектив о юной сыщице с Эммой Майерс «Хороших девочек не убивают»: легкий детектив о юной сыщице с Эммой Майерс

Сериал «Хороших девочек не убивают» — симпатичный проект для зумеров

Forbes
Михаил Баркиджиджа Михаил Баркиджиджа

Тимоти Шаламе Мариинского театра

Собака.ru
Исследование Lego: игрушки развивают гендерные стереотипы у детей, особенно у мальчиков Исследование Lego: игрушки развивают гендерные стереотипы у детей, особенно у мальчиков

Игрушки ограничивают мышление детей

Inc.
Первых кроманьонцев заподозрили в охоте на хищников ради меха и материалов для украшений Первых кроманьонцев заподозрили в охоте на хищников ради меха и материалов для украшений

Археологи проанализировали фаунистический материал из пещеры Бачо-Киро

N+1
Как подключить смартфон к телевизору: от простого к сложному Как подключить смартфон к телевизору: от простого к сложному

Все основные способы подключения смартфона к телевизору

CHIP
Как выбирать зимнюю резину и почему шипы — прошлый век и отстой Как выбирать зимнюю резину и почему шипы — прошлый век и отстой

Если ты намерен купить новые покрышки, помни о реальности и теории вероятностей

Maxim
Где кататься в России Где кататься в России

Мы провели инвентаризацию российских горнолыжных курортов

Men’s Health
Гадание на поцелуях: предсказываем продолжение романа и характер твоего героя Гадание на поцелуях: предсказываем продолжение романа и характер твоего героя

С него начинается любой роман, и им же заканчивается каждая вторая мелодрама

Cosmopolitan
Грамотность для жизни Грамотность для жизни

Что такое функциональная грамотность и как ей можно научить

Наука
4 романа, которые стоит прочесть этой осенью 4 романа, которые стоит прочесть этой осенью

4 новых романа, которыми стоит пополнить свою книжную полку

Psychologies
Размер ионного волнового пакета измерили с помощью оптического микроскопа Размер ионного волнового пакета измерили с помощью оптического микроскопа

Физики определили размер волновой функции иона, пойманного в ловушку

N+1
Время доставать шарф! Как носить разные модели этой осенью — актуальные способы Время доставать шарф! Как носить разные модели этой осенью — актуальные способы

Шарф призван не только согреть тебя в холод, но и украсить образ

Cosmopolitan
Не ровен час: зачем нужно точно измерять время и почему рабочие невзлюбили часы Не ровен час: зачем нужно точно измерять время и почему рабочие невзлюбили часы

Дэвид Руни рассказывает о 12 изобретениях, связанных с измерением времени

Forbes
Читать нельзя бросить: 6 сложных фантастов, которые смогут вас удивить Читать нельзя бросить: 6 сложных фантастов, которые смогут вас удивить

Поверьте, игра стоит свеч – не зря же эти книги стали фантастической классикой!

Популярная механика
15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина 15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина

Ни одна девушка в этом не признается

Maxim
Купчихи, дворянки, магнатки: как женщины Российской империи вели бизнес Купчихи, дворянки, магнатки: как женщины Российской империи вели бизнес

Глава книги об имущественных правах женщин

Forbes
Казнить нельзя помиловать: стоит ли прощать мужчине ошибки Казнить нельзя помиловать: стоит ли прощать мужчине ошибки

Когда в отношениях стоит простить партнера и попытаться найти компромисс?

Лиза
Из бухгалтера в визажиста: как я изменила свою судьбу Из бухгалтера в визажиста: как я изменила свою судьбу

Как часто, идя на поводу у страхов, мы занимаемся нелюбимыми делами

Psychologies
Бутылочный метод позволил измерить время жизни нейтрона с рекордной точностью Бутылочный метод позволил измерить время жизни нейтрона с рекордной точностью

Физики представили результаты измерения времени жизни ультрахолодных нейтронов

N+1
Умные самолеты: человеко-машинный интерфейс для гражданской авиации Умные самолеты: человеко-машинный интерфейс для гражданской авиации

Сергей Дяченко работает над новым человеко-машинным интерфейсом для авиации

Популярная механика
Феномен Måneskin: что стоит за славой и обожанием группы Феномен Måneskin: что стоит за славой и обожанием группы

Почему ребята из Måneskin могут посоревноваться в популярности с Queen

ЖАРА Magazine
Даосские женские практики для интимных мышц Даосские женские практики для интимных мышц

Даосская практика с нефритовым яйцом — кому она может быть полезна?

Psychologies
Археологи обнаружили большой римский храм в финикийском городе Тир Археологи обнаружили большой римский храм в финикийском городе Тир

Археологи обнаружили большой храм на самой высокой точке города Тир

N+1
Cамка богомола, Декстер и ангарский маньяк: сериалы о самых странных убийцах Cамка богомола, Декстер и ангарский маньяк: сериалы о самых странных убийцах

Сериалы о маньяках и пугают, и завораживают одновременно

Cosmopolitan
Итого Итого

Как подсчитать свою личную инфляцию

Лиза
Без границ: зачем создавать сервис для инвалидов-путешественников Без границ: зачем создавать сервис для инвалидов-путешественников

Globe4all развивает путешествия для людей с ограниченными возможностями

Inc.
Minha сasa é sua casa Minha сasa é sua casa

Cовременные бразильские дизайнеры продолжают модернистские традиции

Robb Report
Музыкант и поэт Вадик Королев — о голосе-маске Музыкант и поэт Вадик Королев — о голосе-маске

Вадик Королев, участник групп OQJAV и «Королев Попова», размышляет о голосах

РБК
Землетрясение назвали причиной гибели мужчины на Кипре более 1600 лет назад Землетрясение назвали причиной гибели мужчины на Кипре более 1600 лет назад

Этот мужчина погиб во время землетрясения в середине IV века нашей эры на Кипре

N+1
Не только «файф-о-клок»: все о традиции английского чаепития Не только «файф-о-клок»: все о традиции английского чаепития

Рассказываем об истории и основных правилах afternoon tea

Популярная механика
Открыть в приложении