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

Только без рук! Только без рук!

Невероятной популярности Венеры Милосской никак не мешает отсутствие рук

Вокруг света
Страховка «без границ» Страховка «без границ»

К 2030 году Россия должна войти в число мировых лидеров по экспорту

РБК
Модернизация легенды Модернизация легенды

ВССМ «Винторез» и АСМ «Вал»

Популярная механика
Много получать и почти не работать — цель современной молодежи? Много получать и почти не работать — цель современной молодежи?

«Не напрягаться и получать хорошие деньги» — чего хочет подрастающее поколение?

СНОБ
Николай Стоцкий: Николай Стоцкий:

Актер Николай Стоцкий прожил бок о бок с Сергеем Колтаковым больше тридцати лет

Караван историй
Топ-5 самых странных моментов бондианы Топ-5 самых странных моментов бондианы

Даже в фильмах о легендарном спецагенте есть киноляпы

Maxim
Загадки эдиакарской биоты: необычные ископаемые Загадки эдиакарской биоты: необычные ископаемые

Эдиакарская биота — фауна организмов, населявших Землю миллионы лет назад

Популярная механика
39 цитат из «Приключений Чиполлино», вдруг ставших злободневными как никогда 39 цитат из «Приключений Чиполлино», вдруг ставших злободневными как никогда

Цитаты из «Приключений Чиполлино» теперь считают за пророческие

Maxim
Тренировки для шеи: 10 упражнений для снятия боли и для красивой осанки Тренировки для шеи: 10 упражнений для снятия боли и для красивой осанки

Как избавиться от последствий малоподвижного образа жизни с помощью тренировок

РБК
Феминизм, шаманство и тату: четыре художницы из Якутии, которых нужно знать Феминизм, шаманство и тату: четыре художницы из Якутии, которых нужно знать

Четыре наиболее интересных современных якутских художницы

СНОБ
Стыд и спам Стыд и спам

История спама — от банки посредственной ветчины до многомиллионных махинаций

GQ
Синтетизированный нейросетью голос обманул людей и алгоритмы Синтетизированный нейросетью голос обманул людей и алгоритмы

Алгоритмы для синтеза речи способны обмануть алгоритмы для идентификации

N+1
Жена поспорила с мужем и перестала убирать в доме – вот что из этого вышло Жена поспорила с мужем и перестала убирать в доме – вот что из этого вышло

Что делать, если кто-то уверен, что всё домашнее хозяйство держится на нем?

Cosmopolitan
Непрофессионализм и ограничения: что мешает пивоварам работать с футбольными клубами в России Непрофессионализм и ограничения: что мешает пивоварам работать с футбольными клубами в России

Почему продажа пива на стадионах может помочь развитию российского футбола

Inc.
5 признаков того, что вы все еще страдаете от детской травмы 5 признаков того, что вы все еще страдаете от детской травмы

Нанесенная в детстве травма неизбежно оставляет следы

Psychologies
Одна вокруг света: ремонт машины в Панаме и охота на голубых крабов Одна вокруг света: ремонт машины в Панаме и охота на голубых крабов

140-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко: Панама

Forbes
Вопрос цены: почему при лобовых столкновениях пассажиры более дорогого автомобиля выживают чаще Вопрос цены: почему при лобовых столкновениях пассажиры более дорогого автомобиля выживают чаще

Влияет ли стоимость автомобиля на безопасность пассажиров?

Популярная механика
Какой завтрак полезнее: два яйца или каша? Какой завтрак полезнее: два яйца или каша?

Какой завтрак более полезный – белковый или углеводный?

Cosmopolitan
Все говорят о криптовалютах: стратегии инвестирования в цифровые активы Все говорят о криптовалютах: стратегии инвестирования в цифровые активы

Что нужно знать о цифровых активах для успешного инвестирования?

Популярная механика
Он не влюбленный, он маньяк! 5 сериалов, которые научат тебя разбираться в людях Он не влюбленный, он маньяк! 5 сериалов, которые научат тебя разбираться в людях

Сериалы, в которых под маской милого принца прятался опасный маньяк

Cosmopolitan
Как живут люди с расстройством пищевого поведения Как живут люди с расстройством пищевого поведения

О причинах развития булимии, ее симптомах и о том, как помочь

GQ
Неокрестьяне и «манящий агротех» с кофемашинами в парниках: как французы вовлекают молодёжь в сельское хозяйство Неокрестьяне и «манящий агротех» с кофемашинами в парниках: как французы вовлекают молодёжь в сельское хозяйство

Как частные предприниматели доказывают, что фермерство — это прибыльный бизнес

VC.RU
Вперед, к моногамии: как предотвратить измену Вперед, к моногамии: как предотвратить измену

Измена входит в топ-3 причин развода. Но можно ли ее избежать?

Cosmopolitan
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
5 корейских сериалов для тех, кто уже посмотрел «Игру в кальмара» 5 корейских сериалов для тех, кто уже посмотрел «Игру в кальмара»

Что еще заслуживает внимания, если работу Хван Дон-хека вы уже видели

GQ
Мария Шумакова: «Осознание, что я предала свою мечту, причиняло боль» Мария Шумакова: «Осознание, что я предала свою мечту, причиняло боль»

Мария Шумакова: как обрести веру в себя и перестать зависеть от окружающих

Psychologies
После измены: 6 вещей, которые обязательно надо сделать После измены: 6 вещей, которые обязательно надо сделать

Что делать после измены партнера?

Cosmopolitan
Почему не стоит покупать маленький SSD: и мы не о свободном месте Почему не стоит покупать маленький SSD: и мы не о свободном месте

Почему не стоит покупать SSD небольшого объема

CHIP
Пример для подражания: Оксана Лаврентьева Пример для подражания: Оксана Лаврентьева

Оксана Лаврентьева – бизнесвумен, коуч и создатель бренда одежды OLOLOL

Cosmopolitan
«Мы прекрасно знаем, сколько дипфейков наводнило интернет». Почему «Единая Россия» проголосовала против расследования изнасилований в колониях «Мы прекрасно знаем, сколько дипфейков наводнило интернет». Почему «Единая Россия» проголосовала против расследования изнасилований в колониях

Интервью с зампредседателя комитета ГД по безопасности — о проверке пыток

СНОБ
Открыть в приложении