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

По следам мореплавателя По следам мореплавателя

Остров Беринга не оставляет привычных критериев для оценки действительности

2Xplore
Польские археологи раскопали на вилле центуриона древнеримскую посуду Польские археологи раскопали на вилле центуриона древнеримскую посуду

Археологи обнаружили набор качественной глиняной посуды в доме центуриона

N+1
Казнить, нельзя помиловать! Неудачный макияж, который не простят визажистам Казнить, нельзя помиловать! Неудачный макияж, который не простят визажистам

15 примеров полного провала в макияже на обычных девушках

Cosmopolitan
Незнакомцы в нашей постели: ЗППП с неожиданной стороны Незнакомцы в нашей постели: ЗППП с неожиданной стороны

Венерические заболевания — результат беспорядочной половой жизни. Или наоборот?

СНОБ
Не только Гарри Поттер: 7 увлекательных книг Джоан Роулинг Не только Гарри Поттер: 7 увлекательных книг Джоан Роулинг

Подборка книг, в которых Джоан Роулинг предстает в неожиданных авторских амплуа

Популярная механика
Чернила зачеркнутых строк писем Марии-Антуанетты выдали цензора Чернила зачеркнутых строк писем Марии-Антуанетты выдали цензора

Ученые прочитали зачеркнутые строки писем Марии-Антуанетты

N+1
Наталия Мещанинова — о праве на «не хочу» и спасении в стендапе Наталия Мещанинова — о праве на «не хочу» и спасении в стендапе

Режиссер и сценарист сериала «Пингвины моей мамы» — Наталия Мещанинова

РБК
Когда мужчина становится жертвой насилия в семье Когда мужчина становится жертвой насилия в семье

Почему мужья терпят и чаще всего молчат о насилии?

Psychologies
Вкусная осень Вкусная осень

В топе самых полезных осенних фруктов – гранат, хурма и грейпфрут!

Добрые советы
Кодекс поведения робота Кодекс поведения робота

В чем заключаются ключевые проблемы взаимодействия человека и ИИ

Популярная механика
«В лесу много подводных камней» «В лесу много подводных камней»

Можно ли добиться углеродной нейтральности отказом от угля и высадкой деревьев?

РБК
Как криптовалютный стартап из Сан-Франциско обошел Coinbase по объему сделок Как криптовалютный стартап из Сан-Франциско обошел Coinbase по объему сделок

Dydx — стартап, который обошел крупнейшую криптовалютную биржу Америки

Forbes
«Она капризная звезда»: Минаев рассказал, как уговорил Пугачёву выйти на сцену «Она капризная звезда»: Минаев рассказал, как уговорил Пугачёву выйти на сцену

Сергей Минаев рассказал о своем сотрудничестве с Аллой Пугачёвой

Cosmopolitan
Что значит «цифра» Что значит «цифра»

Какими проблемами чреват тот словарь, который мы используем в Интернете

Forbes
«Она постоянно растет и мешает мне жить». Женщина пожаловалась на большую грудь «Она постоянно растет и мешает мне жить». Женщина пожаловалась на большую грудь

Мелисса-Мэй Лита стала недовольна рекордно большим бюстом

Cosmopolitan
15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина 15 стыдных вещей, которые делает каждая женщина

Ни одна девушка в этом не признается

Maxim
Гидрофойл для миллионов Гидрофойл для миллионов

Гидрофойл – доска на подводных крыльях для серфинга

Популярная механика
Преодоление реальности Преодоление реальности

«Декларируется банальная идея, что мир абсурден». К 80-летию Сергея Довлатова

Наука
В Казахстане обнаружили тюркское погребение с двумя собаками и лошадьми В Казахстане обнаружили тюркское погребение с двумя собаками и лошадьми

Археологи раскопали в окрестностях Усть-Каменогорска курган раннетюрской эпохи

N+1
10 вещей, от которых стоит отказаться, чтобы изменить жизнь к лучшему 10 вещей, от которых стоит отказаться, чтобы изменить жизнь к лучшему

Не только алкоголь и курение: от каких вредных привычек стоит отказаться

Psychologies
Полезные советы и лайфхаки домашнего мастера Полезные советы и лайфхаки домашнего мастера

Нехитрые решения для хитрых задач

Популярная механика
$385 млрд скрытых долгов: как Китай загнал бедные страны в долговую ловушку $385 млрд скрытых долгов: как Китай загнал бедные страны в долговую ловушку

Как Китай стал мировым кредитором и что это может значить для других стран?

Forbes
Ведьма с Уолл-стрит: самая богатая и самая скупая женщина в мире Ведьма с Уолл-стрит: самая богатая и самая скупая женщина в мире

Беттми Грин: история о том, как не нужно обращаться с деньгами

Cosmopolitan
Да, я молодец Да, я молодец

11 способов перестать постоянно ждать одобрения от окружающих

Лиза
Персонажи фильмов, основанные на реальных личностях Персонажи фильмов, основанные на реальных личностях

Узнай, кто стоит за всеми любыми персонажами

Maxim
На чем свет стоит На чем свет стоит

Мы вспомнили главное, что определяло картину жизни нулевых

Tatler
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
«Уходите, вы плохие»: почему сервис онлайн-психотерапии расстался со 100 психологами «Уходите, вы плохие»: почему сервис онлайн-психотерапии расстался со 100 психологами

Сервис онлайн-психотерапии Zigmund.Online радикально проредил персонал

Forbes
5 сериалов, которые помогут перенести новый локдаун 5 сериалов, которые помогут перенести новый локдаун

Несколько сериалов, остановиться смотреть которые практически невозможно.

GQ
Не родись красивой: женщина стала бьюти-блогером после того, как потеряла зубы Не родись красивой: женщина стала бьюти-блогером после того, как потеряла зубы

Женщина потеряла зубы и грудь, но это не помешало ей стать бьюти-блогером

Cosmopolitan
Открыть в приложении