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

Что вы стеснялись спросить: 5 неудобных вопросов к Skoda Octavia Что вы стеснялись спросить: 5 неудобных вопросов к Skoda Octavia

Skoda Octavia — это самый практичный автомобиль за свои деньги

РБК
География кадров: выбираем город для нового офиса География кадров: выбираем город для нового офиса

Зачем бизнесу открывать полноценные офисы

Inc.
Как таланты раз за разом изобретали швейную машинку Как таланты раз за разом изобретали швейную машинку

Как изобрели швейную машину

Популярная механика
На чем свет стоит На чем свет стоит

Мы вспомнили главное, что определяло картину жизни нулевых

Tatler
«У нас есть план А, план Б и план Х» Юлия Пересильд — о съемках в космосе «У нас есть план А, план Б и план Х» Юлия Пересильд — о съемках в космосе

Юлия Пересильд рассказывает, как готовится к полету на МКС

РБК
Три года в Долине строил мессенджер и закрыл его: что сделал не так Юрий Лифшиц и какие уроки вынес из провала Три года в Долине строил мессенджер и закрыл его: что сделал не так Юрий Лифшиц и какие уроки вынес из провала

Какие проблемы могут возникнуть при создании мессенджера — рассказал Юрий Лифшиц

VC.RU
Любовь к миндалю: почему это хорошо Любовь к миндалю: почему это хорошо

Миндаль хорош и в качестве перекуса, и как ингредиент различных блюд

РБК
Казнить, нельзя помиловать! Неудачный макияж, который не простят визажистам Казнить, нельзя помиловать! Неудачный макияж, который не простят визажистам

15 примеров полного провала в макияже на обычных девушках

Cosmopolitan
Атом гелия увеличил контраст на изображениях сканирующей туннельной микроскопии Атом гелия увеличил контраст на изображениях сканирующей туннельной микроскопии

Открытие, которое поможет точнее изучать магнитные свойства поверхностей

N+1
Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах» Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах»

Реально ли избежать постоянной усталости ног от стоячей работы?

Лиза
Для акупунктурных точек нашли анатомическую основу и рефлекторную цепь Для акупунктурных точек нашли анатомическую основу и рефлекторную цепь

Идея иглоукалывания объясняется учеными

N+1
«Обязательный завтрак, вредный кофе и опасный фастфуд. Почему  почти все, что нам рассказывали о еде, неправда» «Обязательный завтрак, вредный кофе и опасный фастфуд. Почему  почти все, что нам рассказывали о еде, неправда»

Насколько популярные утверждения о еде иногда далеки от правды

N+1
Заставляет толстеть, влияет на иммунитет: что нужно знать о кишечной микробиоте Заставляет толстеть, влияет на иммунитет: что нужно знать о кишечной микробиоте

В нашем теле и на его поверхностях живет множество микроорганизмов

Cosmopolitan
Самые страшные вещи, которые люди видели в море Самые страшные вещи, которые люди видели в море

Отправляешься на берег моря с бархатным песочком? Не забудь электрошокер

VOICE
Вы знали, сколько это стоит? 10 фильмов с самыми дорогими спецэффектами Вы знали, сколько это стоит? 10 фильмов с самыми дорогими спецэффектами

Зрелищные кинокартины, на создание которых были потрачены миллионы долларов

Cosmopolitan
Стволовые клетки пообщались мембранными пузырьками с РНК Стволовые клетки пообщались мембранными пузырьками с РНК

Стволовые клетки мышей синхронизировали этапы развития при помощи везикул с РНК

N+1
«Множественные святые Ньюарка» — приквел культового «Клана Сопрано». И лишний способ убедиться, что 20 лет назад все было лучше «Множественные святые Ньюарка» — приквел культового «Клана Сопрано». И лишний способ убедиться, что 20 лет назад все было лучше

Что не так с приквелом «Клана Сопрано»?

Esquire
Родители устроили собеседование невесте сына и отказались извиняться Родители устроили собеседование невесте сына и отказались извиняться

Знакомство с будущими свекром и свекровью — серьезное испытание

Psychologies
Биоархеологи обнаружили различия в обряде кремации на бельгийских памятниках эпохи палеометалла Биоархеологи обнаружили различия в обряде кремации на бельгийских памятниках эпохи палеометалла

Биоархеологи исследовали останки людей с четырех древних могильников

N+1
Ребенок с ментальными проблемами как домашнее животное Ребенок с ментальными проблемами как домашнее животное

Что делать, если мать воспринимает сына-психотика как домашнее животное?

СНОБ
Девушка дня: Эмилия Кларк Девушка дня: Эмилия Кларк

Фото и факты из биографии Матери драконов – Эмилии Кларк

Maxim
«23 ребенка и 16 нянек». Жена грузинского миллионера рассказала о своей семье «23 ребенка и 16 нянек». Жена грузинского миллионера рассказала о своей семье

В семье Кристины Озтюрк и ее мужа-бизнесмена Галипа Озтюрка 23 ребенка

Cosmopolitan
Уже рядом: 5 отличных книг о будущем Уже рядом: 5 отличных книг о будущем

Подборка книг, которая поможет узнать, что будет с человечеством завтра

Популярная механика
Каким детям может быть полезна паллиативная помощь и как ее получить Каким детям может быть полезна паллиативная помощь и как ее получить

Паллиативная помощь нужна всем, чей срок ограничен из-за неизлечимой болезни

Psychologies
20 ошибок, которые совершает почти каждый владелец кошки 20 ошибок, которые совершает почти каждый владелец кошки

Иногда наша любовь может навредить кошке.

Популярная механика
Человек мира: 5 памятников Юрию Гагарину, установленных в необычных местах Человек мира: 5 памятников Юрию Гагарину, установленных в необычных местах

Памятники Юрию Гагарину можно найти по всей Земле

Playboy
Трудности перевода: что не так с голосовыми помощниками Трудности перевода: что не так с голосовыми помощниками

Почему сфера голосовых помощников еще далека от инновационных прорывов?

Inc.
Незолотое кольцо: 5 лучших архитектурных маршрутов по России Незолотое кольцо: 5 лучших архитектурных маршрутов по России

У нас огромное количество памятников разнообразных архитектурных стилей

Популярная механика
Какие эмоции заставляют нас стареть? Какие эмоции заставляют нас стареть?

Китайская медицина предлагает свой способ омоложения и долгожительства

Psychologies
Как работает лазерная эпиляция Как работает лазерная эпиляция

Разбираемся, что такое лазерная эпиляция

Популярная механика
Открыть в приложении