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

Шутки кончились: Chery Tiggo 8 Pro как откровение года Шутки кончились: Chery Tiggo 8 Pro как откровение года

Автомобиль из Китая, за который не стыдно совсем

Maxim
Евгения Крюкова: Евгения Крюкова:

Интервью со звездой сериала «Подражатель» Евгенией Крюковой

Караван историй
Битва за кроссовки: магазины борются против ботов-перекупщиков, чтобы дать шанс обывателям, и в итоге проигрывают сами Битва за кроссовки: магазины борются против ботов-перекупщиков, чтобы дать шанс обывателям, и в итоге проигрывают сами

Лимитированную обувь невозможно купить из-за ботов-перекупщиков

VC.RU
«Не время умирать»: прощание с мужественностью «Не время умирать»: прощание с мужественностью

Почему вам стоит посмотреть последнюю часть агента 007 с Дэниелом Крейгом

GQ
Это был несчастный случай: почему съемки фильмов нередко сопровождаются травмами, ( иногда — несовместимыми с жизнью) Это был несчастный случай: почему съемки фильмов нередко сопровождаются травмами, ( иногда — несовместимыми с жизнью)

Данил Леховицер вспоминает несчастные случаи на съемочных площадках

Esquire
«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
«К черту мое лицо». Кто делает маски Канье Уэсту и зачем он их носит «К черту мое лицо». Кто делает маски Канье Уэсту и зачем он их носит

Рассказываем о других фантасмагорических головных уборах Канье Уэсту

РБК
Многолетнюю мерзлоту нарекли ненадежным местом захоронения опасных отходов Многолетнюю мерзлоту нарекли ненадежным местом захоронения опасных отходов

Таяние вечной мерзлоты может высвободить огромное количество токсичных веществ

N+1
Одна вокруг света: ремонт машины в Панаме и охота на голубых крабов Одна вокруг света: ремонт машины в Панаме и охота на голубых крабов

140-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Панама

Forbes
«Злость или зависть посещают нас не без причины»: как стоически принимать эмоции «Злость или зависть посещают нас не без причины»: как стоически принимать эмоции

Наш разум постоянно и неизбежно проделывает трюки с реальностью

Forbes
5 вещей, которые эмоционально зрелые люди делают регулярно 5 вещей, которые эмоционально зрелые люди делают регулярно

Достаточно ли вы… взрослый?

Psychologies
Ученые устроили австралийским комарам бактериальный геноцид Ученые устроили австралийским комарам бактериальный геноцид

Ученые смогли подавить численность комаров в двух австралийских городах

N+1
Как правильно носить черное: 9 способов не стать мрачной и безликой Как правильно носить черное: 9 способов не стать мрачной и безликой

Если в твоем гардеробе преобладает черная одежда, скорее читай инструкцию

Cosmopolitan
30 признаков эмоциональной травмы 30 признаков эмоциональной травмы

Как распознать симптомы эмоциональных ран?

Psychologies
Как устроены кулачные бои в России Как устроены кулачные бои в России

Кулачные бои — явление не новое, но набирающее все большую популярность

Maxim
Смотреть не дыша: триллеры, которые хорошенько пощекочут тебе нервы Смотреть не дыша: триллеры, которые хорошенько пощекочут тебе нервы

От этих фильмов действительно становится не по себе

Cosmopolitan
Калькуляция развода: как таблицы Excel помогли мне уйти от мужа Калькуляция развода: как таблицы Excel помогли мне уйти от мужа

Справиться с расставанием иногда помогают… таблицы

Cosmopolitan
Все в твоих руках! Как исправить неудачную коррекцию бровей: 8 простых шагов Все в твоих руках! Как исправить неудачную коррекцию бровей: 8 простых шагов

Перестаралась с пинцетом сама или неудачно посетила салон?

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

Иногда наша любовь может навредить кошке.

Популярная механика
Мужа приговорили к смертной казни за то, что он поджег жену время прямого эфира Мужа приговорили к смертной казни за то, что он поджег жену время прямого эфира

Суд вынес смертный приговор китайцу, лишившего жизни жену в прямом эфире

Cosmopolitan
Разбогатеть на барахолке: что, как и когда покупать на блошиных рынках Разбогатеть на барахолке: что, как и когда покупать на блошиных рынках

При знании предмета и удаче на блошином рынке можно найти подарок кому угодно

Maxim
Дача-феникс Дача-феникс

Директор школы “Детали” Татьяна Рогова отстроила новый дом после пожара

AD
«Выгорание — не знак почета»: почему сверхурочная работа не приведет вас к успеху «Выгорание — не знак почета»: почему сверхурочная работа не приведет вас к успеху

Мы перерабатываем, в надежде преуспеть. Это — самый прямой путь к выгоранию

Inc.
Эдвард Радзинский. Прощальная гастроль клуба «418» Эдвард Радзинский. Прощальная гастроль клуба «418»

Эдвард Радзинский остается блистательным рассказчиком

СНОБ
Отечественная жуть: 7 отличных российских хорроров Отечественная жуть: 7 отличных российских хорроров

Собрали семь российских ужастиков, которыми можно пугать не только детей

Cosmopolitan
«Приходилось становиться мягче»: Дарья Мороз о трудностях брака с Богомоловым «Приходилось становиться мягче»: Дарья Мороз о трудностях брака с Богомоловым

Как Дарья Мороз боролась с нарциссизмом и училась уступать

Cosmopolitan
Чарли Чаплин и Соломон Михоэлс: встреча в верхах. О новом спектакле Дмитрия Крымова «Двое» в Музее Москвы Чарли Чаплин и Соломон Михоэлс: встреча в верхах. О новом спектакле Дмитрия Крымова «Двое» в Музее Москвы

Дмитрий Крымов не перестает удивлять своими спектаклями

СНОБ
Инженеры сами не знали, что умеет программа, а пользователи просили её упростить: так Microsoft создавала Office в 90-х Инженеры сами не знали, что умеет программа, а пользователи просили её упростить: так Microsoft создавала Office в 90-х

Как начинался путь Microsoft — рассказывает вице-президент Windows

VC.RU
План сопрано План сопрано

Аида Гарифуллина, оперная певица и друг бренда Armani Beauty

Cosmopolitan
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
Открыть в приложении