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 посмотреть и попробовать в Туве. Гид «РБК Стиль» Что посмотреть и попробовать в Туве. Гид «РБК Стиль»

Гид по самой загадочной республике России, где есть ларьки и нет супермаркетов

РБК
«Это хитрая тема». Почему машины-невидимки не штрафуют камеры ГИБДД «Это хитрая тема». Почему машины-невидимки не штрафуют камеры ГИБДД

Злостные нарушители обманывают систему регистрации автомобилей

РБК
Хочешь сладких апельсинов? Хочешь сладких апельсинов?

Истории людей, которые решили разнообразить свою сексуальную жизнь

Лиза
Укротительница тигров Маргарита Назарова: трагедия советской циркачки Укротительница тигров Маргарита Назарова: трагедия советской циркачки

Печальная история знаменитой дрессировщицы тигров

VOICE
«Терпят измены, лишь бы не работать»: экс-муж Полины Гагариной осудил содержанок «Терпят измены, лишь бы не работать»: экс-муж Полины Гагариной осудил содержанок

Дмитрий Исхаков высказался о взаимоотношениях женщин и мужчин

Cosmopolitan
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
Махореро Махореро

Махореро — это редкая драгоценность для понимающих людей

Weekend
Секрет — в брокколи Секрет — в брокколи

Ани Тейлор-Джой о триллере «Прошлой ночью в Сохо»

OK!
Обложки трудной судьбы Обложки трудной судьбы

Кого и чем оскорбляли, унижали и растлевали разные обложки, постеры и афиши

Weekend
Когда мужчина становится жертвой насилия в семье Когда мужчина становится жертвой насилия в семье

Почему мужья терпят и чаще всего молчат о насилии?

Psychologies
Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости

Физики применили метод рентгеновской спектроскопии для исследования никелата

N+1
Альтернатива чаю: что такое чабрец и зачем его заваривать Альтернатива чаю: что такое чабрец и зачем его заваривать

Чабрец высоко ценится и в кулинарии, и в медицине

РБК
Проект The Ocean Cleanup успешно испытал новую систему сбора пластика в океане Проект The Ocean Cleanup успешно испытал новую систему сбора пластика в океане

Одна система The Ocean Cleanup может собирать 350 тонн пластика в год

N+1
Несезонное предложение Несезонное предложение

Осень в Крыму создана для прогулок и гурмэ-удовольствий

Лиза
Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях

Биологические часы из цианобактерий удалось построить вне клеток

N+1
Я чувствовала себя как в клетке Я чувствовала себя как в клетке

История о том, как воля к победе творит чудеса

ПУСК
Сильная и зависимая: как становятся жертвой абьюза благополучные женщины Сильная и зависимая: как становятся жертвой абьюза благополучные женщины

Как жертвами абьюза становятся женщины, которые, кажется, от этого застрахованы

Cosmopolitan
Физики обнаружили аномалии в распаде ультрахолодных молекул NaK и NaRb Физики обнаружили аномалии в распаде ультрахолодных молекул NaK и NaRb

Новый эксперимент с молекулами потребует пересмотра квантово-химических моделей

N+1
Полный детокс: как правильно выводить шлаки из организма и нужно ли это делать Полный детокс: как правильно выводить шлаки из организма и нужно ли это делать

Как правильно чистить свой организм от шлаков и токсинов

Cosmopolitan
Как французский орнитолог стал вожаком стаи гусей и летал с ними на зимовку Как французский орнитолог стал вожаком стаи гусей и летал с ними на зимовку

Как орнитолог возглавил косяк и перелетел вместе с гусями через Балтийское море

Популярная механика
Философское селфи Философское селфи

О «Суперзвезде» Брюно Дюмона как репортаже о бесконечном закате Европы

Weekend
«Трудно передать атмосферу, когда видишь Землю». Юлия Пересильд — о космическом полете «Трудно передать атмосферу, когда видишь Землю». Юлия Пересильд — о космическом полете

Актриса Юлия Пересильд — о подготовке к полету в космос и работе на МКС

Playboy
Дарья Урсуляк: «В нашем кино сейчас эротических сцен в избытке» Дарья Урсуляк: «В нашем кино сейчас эротических сцен в избытке»

Дарья Урсуляк — о предстоящих проектах, откровенных сценах и секретах красоты

Cosmopolitan
«Сын королевы - насильник»: Викторию Дайнеко возмутил скандал с принцем Эндрю «Сын королевы - насильник»: Викторию Дайнеко возмутил скандал с принцем Эндрю

Полиция прекратила расследование дела о насилии в отношении сына Елизаветы II

Cosmopolitan
Цифровизация как неизбежность Цифровизация как неизбежность

Какие digital-решения использует агросектор

Агроинвестор
Закадровые голоса Закадровые голоса

Стилисты, визажисты, стажеры рассказывают, как попасть в глянец

Vogue
«Давай сделаем селфи»: 15 признаков, что он в тебя влюбился «Давай сделаем селфи»: 15 признаков, что он в тебя влюбился

Как понять, что ты действительно очень много для него значишь!

Cosmopolitan
Фредди Хаймор – о новом сезоне «Хорошего доктора», драмах про врачей и своих ролях Фредди Хаймор – о новом сезоне «Хорошего доктора», драмах про врачей и своих ролях

Фредди Хаймор о пятом сезоне «Хорошего доктора»

GQ
Пишет код «на туманном Олимпе»: физик-программист уже 2,5 года работает в виртуальной реальности по 9 часов в день Пишет код «на туманном Олимпе»: физик-программист уже 2,5 года работает в виртуальной реальности по 9 часов в день

Как программист обустроил себе рабочее место в виртуальной реальности

VC.RU
Евгений Федоров Евгений Федоров

Tequilajazzz наконец-то выпускает новый альбом «Камни» — впервые за 12 лет

Собака.ru
Открыть в приложении