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

Мы идем по Африке: как бывший врач стал организатором охотничьих сафари в ЮАР Мы идем по Африке: как бывший врач стал организатором охотничьих сафари в ЮАР

Бывший врач Георгий Рагозин строит бизнес исходя из своих увлечений

Forbes
10 самых впечатляющих фото техногенных катастроф 10 самых впечатляющих фото техногенных катастроф

Бывает, когда что-то ломается не просто так, а прямо-таки исторически

Maxim
Что такое никотиновая кислота и как ее можно использовать Что такое никотиновая кислота и как ее можно использовать

Полезные свойства никотиновой кислоты оставались недооцененными

РБК
10 способов понять, что мужчина не настроен серьезно 10 способов понять, что мужчина не настроен серьезно

Вы уже давно встречаетесь, но тебе постоянно кажется: что-то идет не так

Cosmopolitan
Как утопия превратилась в фэнтези Как утопия превратилась в фэнтези

Проект Григория Ревзина «Оправдание утопии». Уильям Моррис: «Вести ниоткуда»

Weekend
7 политиков — признанных секс-символов 7 политиков — признанных секс-символов

Эти политические деятели хороши собой, любимы дамами и порой даже богаты

Maxim
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
Странные и смешные тени, сфотографированные при обычных обстоятельствах (галерея) Странные и смешные тени, сфотографированные при обычных обстоятельствах (галерея)

Авторам этих фотографий попалось, действительно, нечто особенное!

Maxim
Школа автотуризма. Проблемы самоидентификации Школа автотуризма. Проблемы самоидентификации

На какие группы можно разделить автопутешественников

4x4 Club
Почему нам так нравятся жестокие фильмы и сериалы Почему нам так нравятся жестокие фильмы и сериалы

Насколько для нас может быть вредно экранное насилие?

Популярная механика
Они идут Они идут

Часы сегодня — средство самовыражения и туристический аттракцион

Вокруг света
Переходим все границы Переходим все границы

Кризис наступает, если один человек хочет перемен, а второй тянет время

Cosmopolitan
Российский физик предложил решение загадки высокотемпературной сверхпроводимости Российский физик предложил решение загадки высокотемпературной сверхпроводимости

Виктор Лахно объяснил необычные свойства новых сверхпроводников

Популярная механика
Вредные советы: пошаговая инструкция, как усложнить себе жизнь Вредные советы: пошаговая инструкция, как усложнить себе жизнь

Зачастую мы сами можем легко помешать себе со всем справиться, и вот как

Psychologies
Клён? Нет, ликвидамбар Клён? Нет, ликвидамбар

Осенью особенно интересно путешествовать по старинным усадебным паркам

Наука и жизнь
Ретроспектива Нобелевской премии по литературе: какие страны отмечали в формулировках Ретроспектива Нобелевской премии по литературе: какие страны отмечали в формулировках

Лауреаты каких стран награждались за вклад в национальную литературу

Популярная механика
Все болезни — от нервов? Загадки психосоматики Все болезни — от нервов? Загадки психосоматики

Как именно наше душевное состояние влияет на тело?

Добрые советы
Превращение энергии движения в тепловую оказалось не самым важным источником трения Превращение энергии движения в тепловую оказалось не самым важным источником трения

Физики построили микроскопическую модель трения

N+1
«Игра в кальмара»: 12 фанатских теорий, которые еще безумнее, чем сам сериал «Игра в кальмара»: 12 фанатских теорий, которые еще безумнее, чем сам сериал

Сериал, конечно, породил множество теорий, одна безумнее другой

Cosmopolitan
Есть ли связь между усложнением общества и уменьшением размера мозга Есть ли связь между усложнением общества и уменьшением размера мозга

Почему человеческий мозг уменьшается?

СНОБ
Как математика может помочь стать профессиональным спортсменом Как математика может помочь стать профессиональным спортсменом

Спорт и математика — разные виды деятельности, влияющие друг на друга

Популярная механика
Дал бог зайку, но за что? Честные сериалы про материнство Дал бог зайку, но за что? Честные сериалы про материнство

Подборка честных сериалов о материнстве, которые рассказывают все как есть

Cosmopolitan
Популярность винила тормозит отрасль: производители не справляются со спросом и задерживают релизы пластинок Популярность винила тормозит отрасль: производители не справляются со спросом и задерживают релизы пластинок

Возрождение винила под угрозой

VC.RU
«Мы выжили!»: Светлана Зейналова показала «особенную» дочь в день ее 13-летия «Мы выжили!»: Светлана Зейналова показала «особенную» дочь в день ее 13-летия

Телеведущая Светлана Зейналова поздравила старшую дочь Александру с 13-летием

Cosmopolitan
Несезонное предложение Несезонное предложение

Осень в Крыму создана для прогулок и гурмэ-удовольствий

Лиза
«Пришел с кастрюлей»: 20 смешных историй о попытках соблазнения «Пришел с кастрюлей»: 20 смешных историй о попытках соблазнения

20 самых забавных историй о мужских попытках обольщения

Cosmopolitan
Осенние цветники Осенние цветники

Кандидатов в позднецветущие композиции набирается немало

Наука и жизнь
Эксперименты с волосами: тонирование волос после мелирования Эксперименты с волосами: тонирование волос после мелирования

Как покрасить мелированные волосы, чтобы получить красивый оттенок?

VOICE
4 странные попытки великих людей написать книги и что из этого вышло 4 странные попытки великих людей написать книги и что из этого вышло

Как исторические личности пробовали себя в писательском ремесле

Maxim
Викинги побывали в Канаде в 1021 году Викинги побывали в Канаде в 1021 году

Викинги присутствовали на острове Ньюфаундленд в 1021 году нашей эры

N+1
Открыть в приложении