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

20 неочевидных, но полезных функций Telegram 20 неочевидных, но полезных функций Telegram

Использование Telegram можно сделать еще удобнее и эффективнее

GQ
Игры кончились: 10 самых дорогих игрушек мира Игры кончились: 10 самых дорогих игрушек мира

Цены на эти игрушки совсем не детские, зато это настоящие произведения искусства

Cosmopolitan
«Просвещение продолжается: В защиту разума, науки, гуманизма и прогресса» «Просвещение продолжается: В защиту разума, науки, гуманизма и прогресса»

Отрывок из книги Стивена Пинкера о достижениях человечества в борьбе с болезнями

N+1
Как таланты раз за разом изобретали швейную машинку Как таланты раз за разом изобретали швейную машинку

Как изобрели швейную машину

Популярная механика
Герои самых популярных мемов: что с ними стало сейчас? Герои самых популярных мемов: что с ними стало сейчас?

Что сейчас стало с героями самых знаменитых мемов

VOICE
6 известных людей, которым можно позвонить 6 известных людей, которым можно позвонить

Теперь ты знаешь, чей номер набрать тоскливым осенним вечером

Maxim
Ножом по стеклу: почему нас бесят звуки и какие раздражают сильнее всех Ножом по стеклу: почему нас бесят звуки и какие раздражают сильнее всех

Какие звуки раздражают нас сильнее всего и почему это происходит

Cosmopolitan
Что такое социальное здоровье и как его укрепить Что такое социальное здоровье и как его укрепить

Как научиться выстраивать отношения и занимать не последнее место в социуме

Psychologies
Загадки эдиакарской биоты: необычные ископаемые Загадки эдиакарской биоты: необычные ископаемые

Эдиакарская биота — фауна организмов, населявших Землю миллионы лет назад

Популярная механика
Лед тронулся Лед тронулся

Время снега приближается, но и глобальное потепление наступает неумолимо

Men’s Health
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
Молодые люди назвали «Траву у дома» любимой песней для караоке Молодые люди назвали «Траву у дома» любимой песней для караоке

«Трава у дома» стала любимым советским хитом молодежи

Cosmopolitan
Обложки трудной судьбы Обложки трудной судьбы

Кого и чем оскорбляли, унижали и растлевали разные обложки, постеры и афиши

Weekend
Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости Рентгеновская спектроскопия никелатов подтвердила современную теорию сверхпроводимости

Физики применили метод рентгеновской спектроскопии для исследования никелата

N+1
Роман Сесилии Ахерн «Веснушка». Впервые на русском Роман Сесилии Ахерн «Веснушка». Впервые на русском

Новый роман Сесилии Ахерн — вдохновляющая история о взрослении

СНОБ
Цена красоты: что с собой делает Виктория Лопырева и сколько это стоит Цена красоты: что с собой делает Виктория Лопырева и сколько это стоит

Виктория Лопырева очень сильно отличается от себя образца 10-летней давности

Cosmopolitan
Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях Биологические часы воссоздали в лабораторных условиях

Биологические часы из цианобактерий удалось построить вне клеток

N+1
К чему приведет одержимость соцсетями. Меган Анджело: Подписчики К чему приведет одержимость соцсетями. Меган Анджело: Подписчики

Отрывок из антиутопии «Подписчики» о разрушительном влиянии соцсетей

СНОБ
Искусственный интеллект и бионическое тело: как продлить жизнь человека с помощью технологий Искусственный интеллект и бионическое тело: как продлить жизнь человека с помощью технологий

Мечты о вечной жизни могут стать реальностью

Playboy
Клеймо «плюс-сайз». Что не так с появлением Джилл Кортлев на обложке российского Vogue Клеймо «плюс-сайз». Что не так с появлением Джилл Кортлев на обложке российского Vogue

В таком контексте дискурс о бодипозитиве выглядит очередным глянцевым лицемерием

СНОБ
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
Модернизация легенды Модернизация легенды

ВССМ «Винторез» и АСМ «Вал»

Популярная механика
Группа здоровья Группа здоровья

Что полезнее для художника — Париж, Краснодар или виртуальная реальность?

Tatler
Как в США несколько лет сражались за яйца — история одной нелепой войны Как в США несколько лет сражались за яйца — история одной нелепой войны

Война за яйца: в ходе неё гибли люди и едва ли не погибла целая экосистема

Популярная механика
История о том, как мужчине пришлось жениться на журавлихе История о том, как мужчине пришлось жениться на журавлихе

Крисом Кроу нечаянно (и на всю жизнь) стал мужем редкой птицы!

Maxim
20 ошибок, которые совершает почти каждый владелец кошки 20 ошибок, которые совершает почти каждый владелец кошки

Иногда наша любовь может навредить кошке.

Популярная механика
«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

«Ваш ребенок не шевелится. Так бывает»

Cosmopolitan
Древний житель Лаоса адаптировался к питанию в тропических лесах Древний житель Лаоса адаптировался к питанию в тропических лесах

Анализ изотопов цинка раскрыл диету индивида из пещеры Там-Па-Линг

N+1
Хочу сказать Хочу сказать

Татуировки – не просто красивые рисунки на теле

Домашний Очаг
Открыть в приложении