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

Навигатор Навигатор

Для странствий духа тоже нужна карта, считали сибирские шаманы

Вокруг света
Вверх по течению Вверх по течению

Безмятежный интерьер квартиры в пентхаусе московской новостройки

AD
«Ашрам Шамбалы». Часть 2: Доведение до самоубийства и секс с учителем — чем жили последователи секты «Ашрам Шамбалы». Часть 2: Доведение до самоубийства и секс с учителем — чем жили последователи секты

Как секта «Ашрам Шамбалы» зарабатывает капитал, сталкивается с милицией

СНОБ
9 способов снять эмоциональное напряжение 9 способов снять эмоциональное напряжение

Подавленные эмоции бьют по здоровью и отношениям с близкими

Cosmopolitan
Фильмы и сериалы, которые — случайно или нарочно — учат зрителей плохому Фильмы и сериалы, которые — случайно или нарочно — учат зрителей плохому

Иногда киноделы могут случайно научить опасным вещам

Maxim
Как не убить SSD раньше времени: 6 простых советов Как не убить SSD раньше времени: 6 простых советов

Как не убить SSD-накопитель раньше времени и продлить срок его службы?

CHIP
Как правильно хранить резину: с дисками и без (важная инструкция) Как правильно хранить резину: с дисками и без (важная инструкция)

Где нельзя складировать колеса и другие важные правила хранения резины

РБК
«У них лилась кровь — но кровь-то черная была» «У них лилась кровь — но кровь-то черная была»

Юрий Норштейн, Рената Литвинова и другие о самых страшных фильмах в их жизни

Weekend
Вкусно, полезно, доступно: 5 сезонных продуктов для тех, кто хочет похудеть Вкусно, полезно, доступно: 5 сезонных продуктов для тех, кто хочет похудеть

Продукты, которые помогут тебе справиться с лишним весом, не ударив по кошельку

VOICE
Рабочие из приложения: как платформы меняют рынок труда для синих воротничков Рабочие из приложения: как платформы меняют рынок труда для синих воротничков

Введение режима самозанятых радикально меняют ситуацию на рынке рабочей силы

Forbes
Работа и онкология: как рассказать начальству о раке и помочь заболевшему сотруднику Работа и онкология: как рассказать начальству о раке и помочь заболевшему сотруднику

Как защитить интересы онкологического пациента в больнице и на работе

Forbes
Осенние цветники Осенние цветники

Кандидатов в позднецветущие композиции набирается немало

Наука и жизнь
Что такое NVMe SSD: чем он лучше SATA Что такое NVMe SSD: чем он лучше SATA

Чем NVMe SSD лучше SATA?

CHIP
Крем против ботокса: может уход заменить «инъекции красоты»? Мнение косметолога Крем против ботокса: может уход заменить «инъекции красоты»? Мнение косметолога

Популярные мифы об уходе и инъекциях

Cosmopolitan
Как носить неформальные костюмы? Показывает музыкант и певец Zoloto Как носить неформальные костюмы? Показывает музыкант и певец Zoloto

Костюмы, в которых переживать осень будет куда ярче и приятнее

Esquire
«Тогда я уйду из дома!»: как справиться с детскими капризами и манипуляциями «Тогда я уйду из дома!»: как справиться с детскими капризами и манипуляциями

Как договориться с малышом, не угрожая и не поддаваясь на манипуляции?

Psychologies
8 способов стильно завязать платок 8 способов стильно завязать платок

Платок может гораздо больше, чем просто красоваться на шее!

Лиза
От «мира любой ценой» до мировой войны От «мира любой ценой» до мировой войны

Мюнхенский договор 1938 года оказался безуспешной попыткой предотвратить войну

Дилетант
«Пьяный» секс: самые распространенные мифы и правда «Пьяный» секс: самые распространенные мифы и правда

Можно ли использовать алкоголь в качестве прелюдии и предисловия к сексу?

Maxim
Кофемашины: какими бывают и какую лучше выбрать Кофемашины: какими бывают и какую лучше выбрать

Рассказываем, какими бывают кофеварки, и в чем преимущества каждого типа

CHIP
Легендарный завод ГЗСА: советские «Почта» и «Хлеб» Легендарный завод ГЗСА: советские «Почта» и «Хлеб»

Одними из самых распространённых в СССР автомобилей были ГЗСА

Популярная механика
«Прощай, сестра»: история одного семейного крушения «Прощай, сестра»: история одного семейного крушения

Наша героиня столкнулась с предательством людей, которых считала самыми близкими

Psychologies
Кэти Перри, Райан Гослинг и другие: кто любит вязание и почему Кэти Перри, Райан Гослинг и другие: кто любит вязание и почему

Знаменитости, которые любят вязать

РБК
Луи-Филипп: король баррикад и олигархов Луи-Филипп: король баррикад и олигархов

«Король-буржуа» оказался последним Бурбоном на троне Франции

Дилетант
Жить стало лучше: почему некоторым афганцам нравится власть талибов Жить стало лучше: почему некоторым афганцам нравится власть талибов

Находятся и те, кому происходящее в Афганистане приходится очень даже по душе

Maxim
9 вопросов о здоровье груди 9 вопросов о здоровье груди

Отвечаем на самые важные вопросы о молочных железах

Лиза
100 лет тюрьмы: кто такая Мария Ресса, получившая Нобелевскую премию мира 100 лет тюрьмы: кто такая Мария Ресса, получившая Нобелевскую премию мира

Кто такая Мария Ресса и за что ей грозит до ста лет тюрьмы?

Forbes
«Что мне помогло победить панические атаки» «Что мне помогло победить панические атаки»

Наша героиня сумела добиться результатов в борьбе с паническими атаками

Psychologies
Не верь глазам своим. Автомобили, которые прикидываются другими брендами Не верь глазам своим. Автомобили, которые прикидываются другими брендами

Иногда автомобили, как совы, оказываются вовсе не тем, чем кажутся

Maxim
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
Открыть в приложении