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

Ромовая баба: история и королевский рецепт Ромовая баба: история и королевский рецепт

История ромовой бабы

Вокруг света
Косметологи-недоучки калечат женщин! Распознаем мошенников по фото в соцсетях Косметологи-недоучки калечат женщин! Распознаем мошенников по фото в соцсетях

Проблема подпольной пластической хирургии еще не близка к разрешению

Cosmopolitan
Сбитый летчик: что делать, чтобы твой Сбитый летчик: что делать, чтобы твой

Главное помни, осечки случаются у всех, и в этом нет ничего страшного

Playboy
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
10 простых способов звучать эффектно на совещании 10 простых способов звучать эффектно на совещании

Как улучшить речь перед выступлением в переговорке или "зуме"?

Playboy
Всё плохо и ничего не болит: 5 признаков проблем с печенью Всё плохо и ничего не болит: 5 признаков проблем с печенью

Признаки, которые указывают на заболевания печени

Cosmopolitan
Последнее свободное место Америки. Фотоистория Последнее свободное место Америки. Фотоистория

Город-призрак Слэб-Сити — трейлеры, скитальцы и разбитые надежды

Esquire
Магазин на ладони. Как ретейл по всему миру стал «умнее» Магазин на ладони. Как ретейл по всему миру стал «умнее»

Какие инновации и тренды влияют на развитие международной розницы

СНОБ
В плену эмоций В плену эмоций

Как научиться владеть собой?

Добрые советы
Сто порций еды и рассказы о бывшей девушке: как парни портят первое свидание Сто порций еды и рассказы о бывшей девушке: как парни портят первое свидание

История ужасного свидания

Cosmopolitan
Вечно живые Вечно живые

Зинаида Пронченко не любит онлайн, но готова с ним примириться

GQ
Новый главный Новый главный

Самый большой, сложный и мощный космический телескоп в истории

Популярная механика
Тироль первого плана Тироль первого плана

Тироль не зря называют сердцем Альп

Men’s Health
Парадоксальное расстройство Парадоксальное расстройство

Как в разное время объясняли и лечили биполярное расстройство

N+1
Умные и глупые нации. Почему бедные страны так и остаются бедными Умные и глупые нации. Почему бедные страны так и остаются бедными

Почему бывшие колонии до сих пор относятся к самым бедным странам в мире?

СНОБ
Крепкие руки и ровная спина: подтягивания — виды, техника, таблица и упражнения Крепкие руки и ровная спина: подтягивания — виды, техника, таблица и упражнения

Всё, что вы хотели знать о самом эффективном упражнении — о подтягиваниях

VOICE
«ЖЖ — всего лишь транспорт, который устарел». Медиаменеджер Демьян Кудрявцев — об интернете нулевых и его главных действующих лицах «ЖЖ — всего лишь транспорт, который устарел». Медиаменеджер Демьян Кудрявцев — об интернете нулевых и его главных действующих лицах

Демьян Кудрявцев о былом интернете, цензуре и о том, почему ЖЖ в России взлетел

Esquire
Безопасность вместо развития: какой капитализм построили в России за 30 лет Безопасность вместо развития: какой капитализм построили в России за 30 лет

30 лет назад Россия выбрала курс на строительство капитализма

Forbes
3 техники для борьбы с перееданием 3 техники для борьбы с перееданием

Как предотвратить переедание?

Psychologies
Мизогиния, насилие, шарлатанство: о чем рассказывает фильм «Бал безумных женщин» Мизогиния, насилие, шарлатанство: о чем рассказывает фильм «Бал безумных женщин»

«Баз безумных женщин» — феминистская костюмная драма с элементами мистики

Forbes
Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях

Биологические часы из цианобактерий удалось построить вне клеток

N+1
Площадь эволюции Площадь эволюции

Реконструкция исторического павильона «Шестигранник» в Парке Горького

Vogue
«У нас были итальянские разборки»: Бондаренко раскрыл причину развода с актрисой «У нас были итальянские разборки»: Бондаренко раскрыл причину развода с актрисой

Станислав Бондаренко высказался об отношениях с экс-избранницей Юлией Чиплиевой

Cosmopolitan
«Ты драматизируешь»: почему мужчины и женщины не понимают чувств друг друга «Ты драматизируешь»: почему мужчины и женщины не понимают чувств друг друга

Почему мужчины и женщины так отличаются? И как нужно выстраивать диалог?

Psychologies
Кредит с сюрпризом Кредит с сюрпризом

Новые уловки финансовых мошенников

Лиза
Почему совершеннолетия достигают в 18 лет Почему совершеннолетия достигают в 18 лет

Почему именно 18 лет считается порогом совершеннолетия?

Популярная механика
В сперме не было ни одного сперматозоида: как я перенесла неудачную попытку ЭКО В сперме не было ни одного сперматозоида: как я перенесла неудачную попытку ЭКО

Беременность не всегда наступает быстро

Cosmopolitan
Хорошо усвоенный ад Хорошо усвоенный ад

Все семь веков искусство и литература ведут с Данте нескончаемый диалог

Weekend
«Омолаживающие» стрижки и окрашивания: как подобрать себе прическу — гид «Омолаживающие» стрижки и окрашивания: как подобрать себе прическу — гид

Как подобрать «свою» прическу

VOICE
Почему важно следить за давлением в шинах: советы водителям Почему важно следить за давлением в шинах: советы водителям

Неправильное давление в шинах может обернуться серьезными проблемами

РБК
Открыть в приложении