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

Ездить на велосипеде зимой: 5 простых правил на личном опыте Ездить на велосипеде зимой: 5 простых правил на личном опыте

Велосипед – это круглогодичный вид транспорта!

Популярная механика

19 кадров тех трех страшных дней 26 октября 2002 года

Cosmopolitan
За все хорошее. Анастасия Завозова — о присуждении Нобелевской премии писателю из Танзании Абдулразаку Гурне За все хорошее. Анастасия Завозова — о присуждении Нобелевской премии писателю из Танзании Абдулразаку Гурне

Чем примечателен Абдулразак Гурна и куда движется Нобелевская премия

Esquire
Новая добрая бедность Новая добрая бедность

Татьяна Алешичева о сериале «Уборщица»

Weekend
«Это все мое, родное»: лучшая точка для отдыха в России «Это все мое, родное»: лучшая точка для отдыха в России

Fвторские программы по Северному Приладожью, которые открывают новые маршруты

Psychologies
Продать нельзя уничтожить: почему модные бренды режут и сжигают нераспроданные товары Продать нельзя уничтожить: почему модные бренды режут и сжигают нераспроданные товары

Зачем компании уничтожают остатки одежды и аксессуаров

Esquire
Какие из химических элементов — рукотворные Какие из химических элементов — рукотворные

Из 26 известных трансурановых элементов 24 не встречаются на нашей планете

Популярная механика
Поведение вулканов связали с состоянием магмы в резервуаре Поведение вулканов связали с состоянием магмы в резервуаре

Как состояние магмы определяет характер извержения вулкана?

N+1
Малый Эрмитаж Малый Эрмитаж

Висячий сад и часы «Павлин»

Культура.РФ
Мужчина выгнал сына из дома. Когда тот разбогател, отец потребовал денег Мужчина выгнал сына из дома. Когда тот разбогател, отец потребовал денег

Воспитательные методы отцов граничат с жестокостью — в этом убедился наш герой

Psychologies
Игра в десятку. Сколько будет стоить новый Lexus LX600 Игра в десятку. Сколько будет стоить новый Lexus LX600

Lexus LX600. Ну и чем он хорош?

Maxim
Марк Цукерберг Марк Цукерберг

Правила жизни создателя Facebook Марка Цукерберга

Esquire
Ольга Бузова: «Я всегда на нервах!» Ольга Бузова: «Я всегда на нервах!»

Ольга Бузова о новом альбоме и о том, как замерзла в Африке

Cosmopolitan
Не форсировать события и не тратить деньги на рекламу: как развивается автопереключатель раскладки Caramba Switcher Не форсировать события и не тратить деньги на рекламу: как развивается автопереключатель раскладки Caramba Switcher

Интервью с создателем Caramba Switcher Сергеем Москалёвым

VC.RU
Исследование: 60% россиянок считают, что расходы на беременность — забота мужчины Исследование: 60% россиянок считают, что расходы на беременность — забота мужчины

Россиянки считают, что отец должен взять на себя расходы на беременность

Forbes
6 токсичных представлений о любви 6 токсичных представлений о любви

Влюбившись, мы ждем, что любовь станет ответом на все вопросы

Psychologies
10 фильмов Хоакина Феникса 10 фильмов Хоакина Феникса

Вспоминаем важнейшие работы Хоакина Феникса

GQ
Порно горница людей Порно горница людей

Книга — лучший подарок для молодого человека

Tatler
Боевые искусства Боевые искусства

Уровень красоты в Москве нулевых зашкаливал

Tatler
Маргарет Митчелл и ее Ред: как превратить личную драму в великий роман Маргарет Митчелл и ее Ред: как превратить личную драму в великий роман

Маргарет Митчелл написала лишь один роман, но какой!

Cosmopolitan
Zoom-усталость: как главная платформа удаленки стала угрозой для сотрудников Zoom-усталость: как главная платформа удаленки стала угрозой для сотрудников

Что такое Zoom-усталость и кого она касается в первую очередь?

Популярная механика
Диета на капусте: хрустеть и худеть Диета на капусте: хрустеть и худеть

Рассказываем о пользе капусты, правилах капустной диеты и примерном меню

Cosmopolitan
«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
Как люди наполнили океан шумом Как люди наполнили океан шумом

Как в XXI веке антропогенный фактор влияет на жизнь морских обитателей

Популярная механика
Дюны: наикратчайший путеводитель Дюны: наикратчайший путеводитель

Все самое главное о дюнах в реальном мире, на нашей планете и на соседних

Популярная механика
Магазин на диване Магазин на диване

Как нас заставляют тратить больше, чем мы собирались, и как этого избежать?

Psychologies
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
Мусульмане, горожане и жители крайнего севера: зачем ориентировать бизнес на метарегионы Мусульмане, горожане и жители крайнего севера: зачем ориентировать бизнес на метарегионы

Ориентация на метарегионы может дать больше, чем ориентация на страны

Inc.
Тропическая гостья в Москве-реке Тропическая гостья в Москве-реке

Чудо природы в Москве-реке

Наука и жизнь
Виктор Брызгалин: Культура и семейные узы: как они влияют на экономический рост Виктор Брызгалин: Культура и семейные узы: как они влияют на экономический рост

Важными составляющими экономики могут быть культура и семейные ценности

СНОБ
Открыть в приложении