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

«Белые хакеры» нашли сервис массовой разблокировки iPhone — он собирает пароли и «отвязывает» технику от iCloud «Белые хакеры» нашли сервис массовой разблокировки iPhone — он собирает пароли и «отвязывает» технику от iCloud

Как мошенники взламывают краденные iPhone?

VC.RU
Место большой свободы. Марта Кетро — о том, что общего у «Живого журнала» и «квартала красных фонарей» в Гамбурге Место большой свободы. Марта Кетро — о том, что общего у «Живого журнала» и «квартала красных фонарей» в Гамбурге

Марта Кетро — как блог-платформа стала социальным лифтом для ее обитателей

Esquire
Для акупунктурных точек нашли анатомическую основу и рефлекторную цепь Для акупунктурных точек нашли анатомическую основу и рефлекторную цепь

Идея иглоукалывания объясняется учеными

N+1
Дал бог зайку, но за что? Честные сериалы про материнство Дал бог зайку, но за что? Честные сериалы про материнство

Подборка честных сериалов о материнстве, которые рассказывают все как есть

Cosmopolitan
Список Кельтнера: 15 вопросов, которые покажут, есть ли у вашей любви будущее Список Кельтнера: 15 вопросов, которые покажут, есть ли у вашей любви будущее

15 вопросов, ответы на которые покажут, достойны ли ваши отношения Зала славы

Cosmopolitan
Как топ-менеджер платежного сервиса последовала примеру Amazon и заработала $555 млн Как топ-менеджер платежного сервиса последовала примеру Amazon и заработала $555 млн

Как Алиса Генри вошла в рейтинг богатейших self-made женщин Америки

Forbes
Вратарь против империи Пабло Эскобара: как Рене Игита ввязался в междоусобицы двух картелей и пострадал Вратарь против империи Пабло Эскобара: как Рене Игита ввязался в междоусобицы двух картелей и пострадал

Как голкипер Колумбии ввязался в междоусобицах двух наркобаронов

Esquire
Такая разная головная боль Такая разная головная боль

Головная боль, или цефалгия – самый распространенный симптом на планете

Здоровье
Антон Васильев. Катя и мужчины, которые ее любили... Антон Васильев. Катя и мужчины, которые ее любили...

Брат актрисы Екатерины Васильевой рассказывает о своей знаменитой семье

Коллекция. Караван историй
Что стоит делать в 20 лет, чтобы избежать сожалений в 40 Что стоит делать в 20 лет, чтобы избежать сожалений в 40

Что делать, чтобы не стало «мучительно больно за бесцельно прожитые годы»

Psychologies
Группа ноль. Что нужно знать о самой редкой группе крови? Группа ноль. Что нужно знать о самой редкой группе крови?

Нулевой резус-фактор — самая редкая группа крови

Esquire
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
«Разводиться или нет?»: почему женщины не решаются на разрыв отношений «Разводиться или нет?»: почему женщины не решаются на разрыв отношений

Женщина, задумывающаяся над вопросом «уйти или остаться», переживает свой ад

Psychologies
Батальоны просят бамбук! Батальоны просят бамбук!

Конструкторы много дров наломали, собирая артиллерию из дерьма и палок

Maxim
«Били линейкой по рукам»: как обучение превращается в мучение «Били линейкой по рукам»: как обучение превращается в мучение

Что делать, если учителя издеваются над детьми?

Psychologies
Джентльмены предпочитают леди: как Мэрилин Монро чуть не стала княгиней Монако Джентльмены предпочитают леди: как Мэрилин Монро чуть не стала княгиней Монако

Спутницей жизни Ренье III могла стать не кто иная, как Мэрилин Монро

Cosmopolitan
Глория Свенсон VS Белла Хадид: как менялись женские стандарты красоты за 100 лет Глория Свенсон VS Белла Хадид: как менялись женские стандарты красоты за 100 лет

Как изменились идеалы красоты со времен золотого века Голливуда?

Cosmopolitan
Миссия невыполнима: что стало с лицом Тома Круза Миссия невыполнима: что стало с лицом Тома Круза

Том Круз — человек-загадка. Никто и никогда не понимал, сколько ему лет

Cosmopolitan
Как добиться лучших условий при приеме на работу Как добиться лучших условий при приеме на работу

Идете на собеседование? Подготовьтесь к переговорам

Psychologies
Мы предупреждали: правдивы ли надписи на упаковках сигарет? Мы предупреждали: правдивы ли надписи на упаковках сигарет?

Но чем обоснованы предупреждения, которые можно прочесть на упаковках сигарет?

Esquire
Чума на оба ваших домена, или История большого взлома Чума на оба ваших домена, или История большого взлома

Мир — во власти хакеров?

GQ
Как кишечные бактерии влияют на мозг и развитие ментальных болезней Как кишечные бактерии влияют на мозг и развитие ментальных болезней

Настроение может меняться из-за бактерий, которые живут в кишечнике

РБК
Указка как символ: 12 фильмов о романах учителей и учеников Указка как символ: 12 фильмов о романах учителей и учеников

12 фильмов о запретной любви учителей и учеников

Cosmopolitan
Не могу стать матерью: 3 истории личного выбора Не могу стать матерью: 3 истории личного выбора

Есть разные способы стать родителями. Какой из них выбрать?

Psychologies
Кремниевая революция: физики впервые смогли увидеть то, почему кремниевые элементы в батареях разрушаются так быстро Кремниевая революция: физики впервые смогли увидеть то, почему кремниевые элементы в батареях разрушаются так быстро

Как избежать разрушения кремниевых элементов в батареях

Популярная механика
Ограбление на свадьбе: воры обчистили молодоженов прямо за стойкой регистрации Ограбление на свадьбе: воры обчистили молодоженов прямо за стойкой регистрации

Дерзкое ограбление, произошедшее прямо во время свадебной церемонии

Cosmopolitan
Спорить не о чем: как хорошо очистить поры и не повредить кожу Спорить не о чем: как хорошо очистить поры и не повредить кожу

Как правильно очищать кожу?

Cosmopolitan
Удаленный коллектив Удаленный коллектив

Что мы приобретаем и что теряем, работая исключительно за компьютером?

Psychologies
Исследование: покупатели больше доверяют компаниям с короткими и простыми названиями Исследование: покупатели больше доверяют компаниям с короткими и простыми названиями

Название бренда влияет на то, как к нему относятся покупатели

Inc.
Как интернет сошел с ума из-за сбоя в Facebook, а Дуров нажился на Цукерберге Как интернет сошел с ума из-за сбоя в Facebook, а Дуров нажился на Цукерберге

Как блэкаут в Facebook отразился на Марке Цукерберге, Павле Дурове и других

Cosmopolitan
Открыть в приложении