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 «Арматы» По следам «Арматы»

Мир бросился создавать новые танки

ТехИнсайдер
Поселившийся в аду Орфей. Как Георгий Иванов из любимца муз и бонвивана стал самым глубоким и печальным поэтом русской эмиграции Поселившийся в аду Орфей. Как Георгий Иванов из любимца муз и бонвивана стал самым глубоким и печальным поэтом русской эмиграции

Его называли «первым поэтом русской эмиграции», а еще «ничтожным эпигоном»

Esquire
Почему одиноки дочери «безумных» матерей Почему одиноки дочери «безумных» матерей

Иногда причина одиночества женщины — мать с пограничным расстройством личности

Psychologies
Не выходит: 7 причин возникновения запора и как с ними бороться Не выходит: 7 причин возникновения запора и как с ними бороться

Какими могут быть причины запора и что с этими причинами делать

Cosmopolitan
«Лимон немного облегчал страдания». Специалисты рассказывают, какой российский коньяк не страшно пить «Лимон немного облегчал страдания». Специалисты рассказывают, какой российский коньяк не страшно пить

Почему почти весь отечественный коньяк не выдерживает конкуренции с французами

СНОБ
Британские онкологи связали прием каннабидиола с регрессом рака легкого у 80-летней пациентки Британские онкологи связали прием каннабидиола с регрессом рака легкого у 80-летней пациентки

Может ли каннабидиол влиять на рак легких?

N+1
Каково это – покупать картинки в интернете за миллионы долларов Каково это – покупать картинки в интернете за миллионы долларов

Исповедь Pranksy, NFT-коллекционера, чей точный возраст неизвестен

Esquire
10 признаков превосходно замаскированной депрессии 10 признаков превосходно замаскированной депрессии

Как вычислить людей с депрессией и что делать дальше?

Psychologies
Запечатывает от мороза: почему ты должна сделать японский маникюр этой осенью Запечатывает от мороза: почему ты должна сделать японский маникюр этой осенью

Самый эффективный способ восстановить ногти — сделать японский маникюр

Cosmopolitan
Для полного счастья Для полного счастья

Все ли тренинги и марафоны от инстаграм-гуру одинаково полезны

Glamour
Дедушка, Егор и Наташа Дедушка, Егор и Наташа

Рассказ обладателя премии «Национальный бестселлер» Алексея Сальникова

Grazia
Почку генетически модифицированной свиньи впервые подключили к человеку Почку генетически модифицированной свиньи впервые подключили к человеку

Она проработала три дня и не вызвала отторжения

N+1
10 обычных вещей, которые почему-то неприличны в Японии 10 обычных вещей, которые почему-то неприличны в Японии

Как ты можешь, сам того не подозревая, обесчестить себя в Японии

Maxim
Квартира на максималках: 6 cоветов по выбору квартиры мечты Квартира на максималках: 6 cоветов по выбору квартиры мечты

6 советов, которые помогут не прогадать с выбором квартиры

Maxim
Что будет, если смешать помаду и тон, и еще 5 рецептов по созданию косметики Что будет, если смешать помаду и тон, и еще 5 рецептов по созданию косметики

Самую лучшую косметику ты можешь создать в домашних условиях

VOICE
Забил 144 гола, стал участником секс-скандала и ругался с Карпиным. Топ-10 фактов о лучшем футболисте страны Артеме Дзюбе Забил 144 гола, стал участником секс-скандала и ругался с Карпиным. Топ-10 фактов о лучшем футболисте страны Артеме Дзюбе

Самые громкие истории, связанные с Артемом Дзюбой

Maxim
Насколько научны современные гороскопы и астрология Насколько научны современные гороскопы и астрология

Есть ли какая-нибудь наука в гороскопах и астрологии?

Популярная механика
Изменение климата повысило риск красных приливов в Чукотском море Изменение климата повысило риск красных приливов в Чукотском море

Виновники красных приливов, оказались широко распространены в Чукотском море

N+1
Делай раз, делай два: какие продукты рекомендуются по группе крови Делай раз, делай два: какие продукты рекомендуются по группе крови

От группы крови зависит, какие продукты идут тебе на пользу, а какие — нет

VOICE
Всё просто: как цифровизация делает международную торговлю понятной и доступной Всё просто: как цифровизация делает международную торговлю понятной и доступной

Как технологии помогают бизнесу сделать международную торговлю доступной

Inc.
Назло невестке: как жена Александра III сделала первую пластику на Руси Назло невестке: как жена Александра III сделала первую пластику на Руси

Мария Федоровна стала первой, кто сделал пластическую операцию в Империи

Cosmopolitan
Города, ушедшие под воду Города, ушедшие под воду

Эти "Атлантиды" тысячелетиями ждут своего часа, чтобы их исследовали

Популярная механика
Слишком поздно: адвокат по разводам рассказал о признаках скорого разрыва Слишком поздно: адвокат по разводам рассказал о признаках скорого разрыва

Какие красные флажки предшествуют разрыву

Cosmopolitan
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
«Меня били в детстве»: как отпустить старые обиды? «Меня били в детстве»: как отпустить старые обиды?

Что делать, если детские травмы не дают покоя?

Psychologies
После «оттепели». «Способ неопасного диссидентства» После «оттепели». «Способ неопасного диссидентства»

Юлию, оставшуюся фактически сиротой, удочерили старшие Хрущёвы

Дилетант
Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах» Как позаботиться о себе, если у тебя «работа на ногах»

Реально ли избежать постоянной усталости ног от стоячей работы?

Лиза
Многообещающие инновации 2010-х, которые оказались никому не нужны Многообещающие инновации 2010-х, которые оказались никому не нужны

Подборка для профилактики неоправданных ожиданий

Maxim
16 ненужных вещей, без которых ты не представляешь своей жизни 16 ненужных вещей, без которых ты не представляешь своей жизни

Вещи, которые нам совершенно не нужны, но без которых совершенно невозможно жить

Cosmopolitan
Trashion, или Бросовая мода Trashion, или Бросовая мода

Как объединить фэшн-индустрию и переработку отходов

РБК
Открыть в приложении