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

Самый большой магнит в мире Самый большой магнит в мире

Самый массивный и мощный на планете магнит – центральный соленоид

Популярная механика
7 самых скандальных секс-обычаев древнего Египта 7 самых скандальных секс-обычаев древнего Египта

Клеопатра не просто так стала одной из самых знаменитых любовниц в истории

Maxim
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
Искусство убеждать: 14 правил ведения сложных переговоров Искусство убеждать: 14 правил ведения сложных переговоров

Отрывок из книги «Убедить дракона» — об особенностях ведения переговоров

Inc.
Закрученная история Закрученная история

Толма — символ армянского гостеприимства

Вокруг света
Ученые смогли контролировать квантовую жидкость с помощью лазеров Ученые смогли контролировать квантовую жидкость с помощью лазеров

Полностью оптический метод создания искусственных решеток

Популярная механика
Применение инсектицида тиаклоприда оказалось опасным для популяций пресноводных насекомых Применение инсектицида тиаклоприда оказалось опасным для популяций пресноводных насекомых

Тиаклоприд оказался токсичным для пресноводных насекомых

N+1
Астрономы подтвердили столкновение двух экзопланет 200 тысяч лет назад Астрономы подтвердили столкновение двух экзопланет 200 тысяч лет назад

Во время катаклизма у одной из них могло сорвать атмосферу

N+1
Лучшие хорроры 2021 года Лучшие хорроры 2021 года

Список самых любопытных хорроров года 2021 года

Esquire
Бизнес на опечатках: в 50-х секретарше надоело ошибаться в документах, она взбила краску в блендере и создала корректор Бизнес на опечатках: в 50-х секретарше надоело ошибаться в документах, она взбила краску в блендере и создала корректор

Как секретарша изобрела корректор и сделала из своего гараж мини-завод

VC.RU
«В лесу много подводных камней» «В лесу много подводных камней»

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

РБК
«Из-за этой еврейки стрелялся Маяковский»: за что ненавидели Лилю Брик «Из-за этой еврейки стрелялся Маяковский»: за что ненавидели Лилю Брик

Одни называли ее музой поэта, другие — его убийцей

Cosmopolitan
Как разблокировать телефон, если забыл пароль: 6 способов Как разблокировать телефон, если забыл пароль: 6 способов

Что делать, если вы забыли пароль или графический ключ от телефона

CHIP
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
Не такой, как остальные. Тест-драйв Chevrolet Trailblazer Не такой, как остальные. Тест-драйв Chevrolet Trailblazer

Где выпускают самый маленький кроссовер Chevrolet?

РБК
Когда тревога невыносима: наши детские травмы и первые правила самопомощи Когда тревога невыносима: наши детские травмы и первые правила самопомощи

Не все травмы можно излечить даже с самым профессиональным психотерапевтом

Psychologies
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
Токсичные отношения? Вы не «жертва», а «мишень» Токсичные отношения? Вы не «жертва», а «мишень»

Чем отличаются жертвы и мишени абьюзеров

Psychologies
«Я сплю только с женатыми». История женщины, ставшей серийной любовницей «Я сплю только с женатыми». История женщины, ставшей серийной любовницей

Гвинет Ли после смерти мужа от рака стала «серийной» любовницей

Cosmopolitan
Слишком холодно, слишком темно, слишком неуютно Слишком холодно, слишком темно, слишком неуютно

Как продолжить тренировки даже в самое холодное время года

Men’s Health
Низкоуглеродное государство:  как снизить издержки энергоперехода Низкоуглеродное государство:  как снизить издержки энергоперехода

Переход к зеленой экономике в ближайшие годы станет источником множества рисков

Forbes
«Евреев — на Мадагаскар!» «Евреев — на Мадагаскар!»

Призыв отправить евреев на Мадагаскар впервые прозвучал в Польше

Дилетант
Выходи за толстого: 20 самых глупых советов наших мам и бабушек про отношения Выходи за толстого: 20 самых глупых советов наших мам и бабушек про отношения

Сеть переполнена «секретами наших бабушек», которые помогут сохранить брак

Cosmopolitan
Российская адаптация. Что это и для чего нужно? Российская адаптация. Что это и для чего нужно?

Сегодня мы поговорим о региональной адаптации. Что это и зачем нужно?

4x4 Club
Подточить клыки, установить камеру: странные запросы пациентов стоматолога Подточить клыки, установить камеру: странные запросы пациентов стоматолога

Странные пожелания пациентов стоматолога

Cosmopolitan
Электронный микроскоп превратили в 3D-сканер с атомарным разрешением Электронный микроскоп превратили в 3D-сканер с атомарным разрешением

Ученые разобрались с ближним порядком в аморфных телах

N+1
Плохой ботокс: у девушки перекосилось лицо после неудачного укола в подбородок Плохой ботокс: у девушки перекосилось лицо после неудачного укола в подбородок

Тиктокерша поделилась историей о том, как неудачный укол ботокса изменил её лицо

Cosmopolitan
Сиенна огненная Сиенна огненная

Жизнь Сиенны Миллер, одной из главных it-girls нулевых, кажется спокойной

Harper's Bazaar
Люди и портреты. Стоит ли злиться на Моргенштерна за слова о Дне победы Люди и портреты. Стоит ли злиться на Моргенштерна за слова о Дне победы

Даже среди патриотов казенщина о Дне Победы вызывает раздражение

СНОБ
Деньги, оральный секс и 12 роз в неделю: модель опубликовала райдер для парней Деньги, оральный секс и 12 роз в неделю: модель опубликовала райдер для парней

Мория Миллс опубликовала список правил, соблюдения которых она ждет от кавалеров

Cosmopolitan
Открыть в приложении