Красные карлики: легкие звезды, системы планет и жизнь
Черные скалы и волны чужих морей в насыщенных красках заката. Заката вечного, ибо багровое, запредельно огромное солнце неподвижно и холодно. Инфернальная, но по-своему привлекательная, обладающая макабрической красотой картина. Так часто представляют пейзажи потенциально обитаемых экзопланет. И правильно делают. Ибо правило таково, что звезде полагается быть красным карликом. Исключение составляют карлики бурые. Все прочее, считая и наше Солнце, можно рассматривать лишь как исключение из исключения. Потому что легких звезд больше, чем тяжелых.
Звезды на минималках
Следовательно, о красных карликах... К данной категории, в соответствии с последними указаниями, в рамках которых «оранжевые карлики» были упразднены, относятся звезды массой от 0.077 до 0.47 солнечных. Это «младшая масть» в числе звезд главной последовательности, способных осуществлять синтез гелия из водорода. Поскольку же интенсивность термоядерных реакций в недрах звезды растет с увеличением ее массы в высокой прогрессии, красные карлики достаточно холодны. Хотя и не настолько, чтобы стать «красными» в буквальном смысле. Для крупных характерна температура фотосферы от 3850–3200 Кельвинов. Что соответствует «теплому» оттенку свечения лампы накаливания. Наименьшие карлики холоднее, но и их видимый цвет ближе к оранжевому. То есть художественные изображения все-таки грешат против истины.
Объединение звезд с массами от 0.077 до 0.47 солнечных производится на основании общей особенности эволюции, заключающейся, прежде всего, в ее отсутствии. Ибо низкая интенсивность реакций, помимо малой светимости, означает экономичный расход горючего. Оставаться на главной последовательности красный карлик может от 50 миллиардов до 20 триллионов лет. При том же, что возраст Вселенной на данный момент составляет всего 13.8 миллиарда лет, даже самые старые и массивные из красных карликов пока очень молоды.
Как следствие, вторая из общих черт данного типа звезд приобретет значение очень нескоро. В конце эволюции, израсходовав все-таки водород, красный карлик не претерпевает метаморфоз, ведущих к образованию сначала красного гиганта, а потом белого карлика. Ибо масса его недостаточна, чтобы на завершающей стадии, поджигая оставшийся водород и превращая звезду в рассеивающееся облако, гелий мог воспламениться в ядре. Как, собственно, нет у красных карликов и ядра в обычном для более массивных звезд смысле. Хотя реакция горения водорода протекает только в глубинах, строение звезды полностью конвективно. То есть вещество в красном карлике перемешивается, что не позволяет скопившемуся в ядре гелию «задушить» реакцию с последствиями в виде прекращения выделения энергии и коллапса ядра.
Водород выгорает по всему объему легкой звезды равномерно. Накопление гелия предсказуемо ведет к росту плотности, сжатию, повышению давления и увеличению интенсивности термоядерных реакций. Как следствие, с возрастом диаметр карлика убывает, а температура и светимость медленно растут. И теория предсказывает превращение старейших и наиболее массивных красных карликов через каких-то 40 миллиардов лет в голубые. Поскольку же замена политической ориентации на нетрадиционную благоприятных последствий иметь не может априори, голубые карлики, весь объем которых отравлен гелием уже в такой мере, что ядра водорода не смогут найти друг друга, просто погаснут. С последующей трансформацией в тела, подобные белым карликам, но только более крупные (по диаметру), легкие и с высоким содержанием водорода.
...Но это дело отдаленного будущего. В настоящем же красные карлики отличает от массивных звезд еще и нестабильность. Работа звезд солнцеподобных определяется наличием у них твердого ядра. Однако и оно пульсирует постольку, поскольку повышение выделения энергии ведет к крошечному расширению, а расширение, ухудшая условия протекания реакций, в свою очередь, снижает выделение энергии. Но ядро все-таки очень стабильно: через зону лучистого переноса Солнца родившийся в сердце звезды фотон продирается наружу 200 тысяч лет. Пульсация красных карликов, у которых перегретое вещество из зоны реакций периодически извергается в вышележащую толщу, выражена несравненно сильнее. При этом движение плазмы – вещества заряженного – создает мощные магнитные поля и кольцевые токи. Как следствие, красные карлики подвержены вспышкам, подобным солнечным, но более мощным, при которых окрестности заливаются потоками рентгеновского излучения.
Интерес астрономии к красным карликам, однако, связан с древностью некоторых из звезд этого типа. Возникнув на заре Вселенной (последние собранные телескопом «Джеймс Уэбб» данные свидетельствуют, что 13.6 миллиардов лет назад галактики уже существовали), красные карлики не должны были сильно измениться с тех пор.