В окрестностях солнечной системы найден коричневый карлик. Бурый карлик
Случалось ли Вам смотреть в телескоп в инфракрасном диапазоне? Видели ли Вы тела, которые, родившись звездой, не смогли стать ей? Их судьба – остывать миллионы лет, пережив своих ярко сияющих соседей. Имя им – коричневые карлики.
Обделенные теплом, размерами, они изучаемы астрономами всего мира. И есть уникальная возможность заглянуть в эти исследования.
Измерения массы и температуры, карта поверхности – все это впереди. А сейчас – туда, откуда началась их история.
А история началась в 1962 году, с молодого американского ученого Шива Кумара. Ему удалось теоретически доказать существование коричневых карликов. Самое интересное, что он абсолютно точно описал все свойства и процессы, протекающие в их недрах. В 23 года!
Изучая звезды массой не более 0,1 массы Солнца (100 масс Юпитера), ему удалось рассчитать минимальную массу, при которой возможно рождение полноценной звезды. Эта отметка называется «предел Кумара». Ниже него термоядерный синтез не происходит.
Рождение звезды
Изображение туманности M42 получено с использованием фильтров серы (красный цвет), водорода (зеленый цвет) и кислорода (синий цвет).
Звезды, как и многие коричневые карлики, рождаются в результате коллапса газовых облаков. Основной химический элемент, содержащийся в этих облаках – молекулярный водород. Долгое время теорией возникновения в космосе «холодных звезд» была именно эта. Новые открытия субзвезд внесли свои коррективы.
Звезда является таковой тогда, когда в ее недрах протекает термоядерный синтез, т.е. горение водорода. Необходимая температура для «старта» – 3 млн градусов. Достигается она сжатием под воздействием гравитации – сжимаясь, увеличивается плотность газового шара. Выше плотность – выше температура. Когда плотность достигает своего предела, происходит воспламенение водорода, т.е. термоядерный синтез.
Рождение коричневого карлика
Ниже предела Кумара водород не воспламеняется. Максимум – дейтерий, изотоп водорода. Но его энергии недостаточно для термоядерного процесса. Согласно квантовой механике, в недрах субзвезд в определенный момент образуется электронный, или вырожденный, газ. Он возникает вследствие гравитации, но препятствует дальнейшему ее воздействию еще до того, как сжатие «запустит» горение водорода.
В 1995 году описанные процессы нашли свое подтверждение. Американские ученые обнаружили в созвездии Плеяды объект массой 0,06 массы Солнца. Чтобы окончательно подтвердить свое открытие, им предстояло проделать немало специализированных тестов.
Идентификация
Чтобы подтвердить свои предположения, американские ученые применили литиевый тест, сформулированный испанским астрофизиком Рафаэлем Реболо. Суть его проста. Звезды главной последовательности, сжигая водород, достигают крайне высоких температур. Атомы лития, в малом количестве присутствующие в их недрах, сгорают быстро и бесследно. А у коричневых субзвезд, даже с горящим дейтерием, его испарение растягивается на миллионы лет. Поэтому верный способ удостовериться, что обнаружен коричневый карлик – литиевая проба.
Малые размеры субзвезд, их низкая температура, соответствуют средним планетарным показателям. Отличия заключаются в плотности объекта и в наличии у некоторых карликов Х-излучения. Большинство их излучают в инфракрасном диапазоне. Отсюда и название – коричневые.
Существует градация самих коричневых карликов, подразделяющая их на три группы. Вашему вниманию предлагается блиц-осмотр каждого спектрального класса:
- Класс L – от 1300К до 2000К. Тела этого класса являются самыми теплыми и самыми крупными.
- Класс Т – от 700К до 1300К.
- Класс Y. Объекты этого класса являются самыми холодными и самыми «карликовыми». Долгое время они существовали лишь в гипотетических соображениях ученых.
Новые загадки
Коричневый карлик (вверху)
Астрономы XXI века ведут охоту на коричневых карликов. Сканируя небо в инфракрасном диапазоне, обнаружение «холодных» светил увеличилось в разы. Измеряются их температуры, массы, изучаются атмосферы, составляются карты поверхностей. Новые данные не только помогают ученым понять природу небесных тел. Иногда они опровергают устоявшиеся модели, знания. Парадокс. Чем больше открываешь, тем больше предстоит открыть.
Примером этому служит исследование, проведенное учеными Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. Открыв 623 неизвестных коричневых карлика, спектроскопическому анализу подверглись четыре. Полученная информация противоречит представлению о том, что карлики и соседние звезды главной последовательности формируются одновременно в процессе коллапса. Оказалось, что субзвезды образовались существенно позднее звезд, находящихся с ними в одной системе. Пришлось формулировать новую теорию об одиночном формировании исследуемых объектов.
Новые открытия
Самыми активными в изучении коричневых карликов являются сотрудники NASA. Им удалось найти остывающий газовый шар с температурой всего 29 о С. Также они смогли описать агрессивную атмосферу, с бушующими штормами, с возможными дождями из раскаленных камней и расплавленного металла на поверхности субзвезд.
Американцам удалось составить карту поверхности коричневого карлика. Выбор пал на объект, находящийся в третьей по близости к Земле системе «морозных» тел.
Ближайшими к нам коричневыми карликами являются компаньон маленькой красной звезды SCR-1845-6357, вращающейся вокруг Солнца, и компаньоны звезды Эпсилон Индейца. Расстояние от нас до них – 12,7 и 11,8 световых лет соответственно. Такая близость дает возможность полномасштабного изучения этих тел.
Рождение новой планеты
Важным открытием стало формирование протопланетного диска вокруг одного из инфракрасных тел.
Были обнаружены даже пылинки, которых при холодных температурах подобных объектов быть не должно. Атомы вещества, даже в неблагоприятной среде, тянутся друг к другу, образуя твердые космические тела. Это открытие наводит на мысль о дополнении, если не о пересмотре, представлений о планеторождении.
Заключение
Исследования в этой области сегодня достаточно интенсивны. Значит, новые открытия еще впереди. Чтобы не пропустить ничего занимательного, оформляйте подписку на обновления блога.
Дэвид Уилкок только что выпустил короткое сообщение, в котором он признается, что теперь верит, что наша Солнечная система, на самом деле, является двойной звездной системой. Если это правда, то значит, что у нашего Солнца есть звезда-компаньон. По Уилкоку, эта другая звезда — коричневый карлик.
Вы можете подумать, если наша солнечная система состоит из двух звезд, то почему мы не видим другую? Хороший вопрос. Ответ заключается в объяснении, что эта звезда-компаньон является коричневым карликом. Это своего рода звезда. Либо она никогда не получала необходимой массы, чтобы зажечь ядерные реакции синтеза и стать обычной звездой, в нашем понимании. Либо она дошла до такой точки, когда термоядерная реакция прекратилась. Коричневые карлики стали описывать недавно, и обычно их сравнивают с Юпитером, и наука в настоящее время обсуждает, следует ли проводить различие между карликовыми звездами и газовыми гигантами.
Две звезды, чтобы быть частью двойной системы, должны вращаться вокруг общего центра тяжести — точки гравитационного равновесия между ними. По-видимому, именно такой сценарий мог бы объяснить некоторые аномалии во внешней части нашей Солнечной системы, которые ученым было всегда сложно объяснять! И если есть коричневый карлик, звезда-компаньон, мы, очевидно, не увидим его, потому что он не горит.
«Мягкое» раскрытие
Знаете ли вы, что астрономы, ученые считают, что наиболее видимые звездные системы являются бинарными? Многие ли это знали. Но в последнее время стало заметно, что многие статьи касаются темы бинарных систем. Соедините это с объявлением, что телескоп НАСА Кеплер показал, что большинство звездных систем, вероятно, имеют планеты, и аргументом будет то, что мы наблюдаем своего рода «мягкое раскрытие» реальности, уже известной элите нашей планеты.
В ходе исследований по этой теме, стало известно, что ученые объявили в этом году, что созвездие Mizar (сообщение Lake Afton Public Observatory) на самом деле не просто двоичная система, а содержит шесть звезд!
Еще одна интересная история, связанная с нашей парной звездой, – появление мема о втором Солнце на YouTube. Многие видео, якобы от всяких разных людей со всех уголков планеты, показывают второй яркий объект в нашем небе. Иногда это видно невооруженным глазом, но во многих случаях это можно увидеть только через фильтр. Большинство из этих видео не оказываются подделкой. Не понятно как они могли появиться. Я пытался также увидеть второй яркий объект в небе. Я пытался блокировать солнце двумя парами очков. В дни, когда облачный покров достаточно плотный, чтобы сделать видимым солнечный диск, не повреждая глаз, я заметил, что он, кажется, одиноким. Но есть еще так много видео, что это явление по-прежнему представляется возможным, если не вероятным. Зададимся вопросом, для чего поддельные видео кто-то создает и выставляет в Интернет? Одним из объяснений может быть то, что кто-то, очень сильный, хочет мягко облегчить коллективное человеческое приятие второго солнца.
Two suns photo courtesy Cameron Wright
December 9, 2012 | Queensland, Australia
Конечно, они, вероятно, не являются подделкой. Я это говорю, не потому, что видео нельзя подделать. Я говорю это потому, что изображение, размещенное чуть выше, представлено на моей собственной страничке facebook другом Камерон Райт из Квинсленда, Австралия. Он сам сделал эту фотографию. Если само небо не является подделкой, конечно. Данные фотографии и видео являются подлинными явлениями, отражающими происходящее. И они сделаны совсем недавно, в течение последних 24 часов!
(#Астрономия@science_newworld)
Коричневый карлик – это астрономический объект, являющийся чем-то средним между планетой и звездой. Масса коричневых карликов обычно меньше 0,075 массы Солнца, или примерно 75-ти масс Юпитера. (Эта максимальная масса немного выше для звёзд, содержащих меньшие количества тяжёлых элементов, чем Солнце.) Многие астрономы проводят границу между коричневыми карликами и планетами примерно по массе, равной 13 юпитерианским массам.
Разница между коричневыми карликами и звёздами состоит в том, что в отличие от звёзд коричневые карлики не могут достигнуть уровня стабильной светимости через осуществление термоядерного синтеза обычного водорода. Как звёзды, так и коричневые карлики производят энергию путём синтеза дейтерия (редкого изотопа водорода) в первые несколько миллионов лет своей жизни. Затем ядра звёзд продолжают сжиматься и разогреваться, по мере того как звёзды синтезируют водород. Однако коричневые карлики избегают дальнейшего сжатия, так как их ядра достаточно плотные, чтобы поддерживать своё существование за счёт давления вырождения электронов. Эти коричневые карлики с массами свыше 60 юпитерианских масс начинают синтезировать водород, но затем они стабилизируются и синтез прекращается.
Цвет коричневых карликов на самом деле не коричневый, а, скорее, от тёмно-красного до пурпурного, в зависимости от их температуры. Объекты с температурами ниже примерно 2200 К содержат в своих атмосферах зёрна минералов. Поверхностные температуры коричневых карликов зависят как от их массы, так и от их возраста. Самые массивные и молодые коричневые карлики разогреваются аж до 2800 К, перекрываясь своим температурным диапазоном со звёздами очень малой массы, или красными карликами. (Для сравнения, температура поверхности Солнца достигает 5800 К.) Все коричневые карлики в конце концов охлаждаются ниже минимальной температуры для звёзд главной последовательности в 1800 К. Самые старые и маленькие могут остыть даже до 300 К.
Коричневые карлики впервые были упомянуты в 1963 г. индийским астрономом Шивом Кумаром, который называл их «чёрными карликами». Американский астроном Джилл Тартер предложил название «коричневый карлик» в 1975 г.; хотя коричневые карлики совсем не коричневые, название прижилось, потому что считалось, что в этих объектах содержится большое количество пыли, и более подходящее название «красный карлик» уже описывало другой тип звёзд.
Поиски коричневых карликов в 1980-е и 1990-е гг. привели к обнаружению нескольких кандидатов; однако ни один из них не был подтверждён как коричневый карлик. Для того чтобы отличить коричневые карлики от звёзд такой же температуры, нужно проверить наличие в их спектре линии лития (который звёзды разрушают, когда переходят к синтезу водорода). Или же можно поискать более тусклые объекты, с температурой ниже, чем у звёзд. В 1995 г. оба метода принесли свои плоды. Астрономы из Калифорнийского университета, Беркли, обнаружили присутствие лития в одном из объектов Плеяд, но этот результат был принят научной общественностью не сразу. Этот объект, тем не менее, впоследствии был подтверждён как первый найденный коричневый карлик.
Астрономы из Паломарской обсерватории и Университета Джона Хопкинса обнаружили компаньона звезды малой массы, обозначенного ими как Глизе 229B. Присутствие линий метана в его спектре показало, что его поверхностные температуры не превышают 1200 К. Крайне низкая светимость возможного коричневого карлика, а также возраст его звёздного компаньона указали на то, что масса объекта составляет около 50 масс Юпитера. Поэтому Глизе 229 B стал первым объектом, признанным большинством учёных как коричневый карлик.
Инфракрасные обзоры неба и другие техники в настоящее время позволили обнаружить сотни коричневых карликов. Некоторые из них являются компаньонами звёзд, другие входят в состав двойных систем из коричневых карликов; многие являются изолированными объектами. Предполагается, что они формируются почти так же, как и звёзды, и что число коричневых карликов во Вселенной может составлять от 1 до 10% от числа звёзд.
Американские астрономы разрушили наше привычное представление о звездах, как о горячих объектах, открыв WD 0806-661 В – звезду, которая имеет комнатную температуру всего 30°С. «Холодная» звезда относится к классу коричневых карликов и удалена от Земли на 63 световых года.
Космический объект был обнаружен при помощи инфракрасного телескопа «Спитцер», который смог зафиксировать свечение коричневого карлика. Ученые классифицируют открытую звезду как планету, так как она в семь раз превышает массу Юпитера и вращается вокруг белого карлика. До обнаружения WD 0806-661 В класс коричневых карликов, к которому относится звезда, определяли как «горячие» звезды, температура которых невероятна высока.
Бурыми или коричневыми карликами являются субзвездные объекты, которые составляют от 13 до 80 масс Юпитера или от 0,012 до 0,0767 массы Солнца.
О том, что скрывает от нас коричневых карликов, астрофизики заговорили еще в 1960-е годы. Выдвигались теории о плотных звездоподобных телах, имеющих сравнительно небольшую массу и формирующихся из разрушающихся облаков газа. Астрофизики предполагали, и предположение оказалось верным, что зафиксировать свечение коричневых карликов возможно только в инфракрасном спектре.
Изначально подобные звезды получили определение черных карликов. Ранее ученые были уверены, что для поддержания стабильной термоядерной реакции масса звезды должна составлять 0,8 массы или превышать массу Юпитера как минимум в 80 раз. А массы темных субзвездных объектов, именно так классифицировались черные карлики, было недостаточно. Однако позже выяснилось, что звезды меньших размеров способны поддерживать термоядерную реакцию, но не способны восстанавливать потерю энергии. Это способствует быстрому охлаждению коричневых карликов и превращению их в объекты планетного типа.
Первым из обнаруженных коричневых карликов был Тейде-1, открытый в 1995 г в скоплении Плеяд. На сегодняшний день астрономам уже известно о существовании более 100 звезд такого типа, многие из которых находятся в районе Млечного Пути. Ученым удалось измерить массу таких коричневых карликов как Глизе-229В и Тейде-1 (57 и 36 масс Юпитера соответственно).
Для классификации коричневых карликов используется так называемый «литиевый тест», предложенный астрофизиком Рафаэлем Реболо. Этот метод основывается на том, что коричневые карлики, в отличие от звезд малой массы, содержат литий. А звезды, способные поддерживать термоядерную реакцию, как правило, быстро его расходуют. Литий также присутствует в атмосфере самых больших и самых молодых звезд. Но это не мешает определению коричневых карликов, так как данные объекты значительно отличаются от них размером.
Правда, по подсчетам ученых, тяжелые коричневые карлики, имеющие массу от 65 до 80 масс Юпитера, могут использовать свой литиевый запас всего за 500 миллионов лет, то есть за начальный период своего существования. Этот факт делает «литиевый тест» некомпетентным критерием для классификации подобных объектов.
Несмотря на существование тестов, всевозможных измерений и вычислений, определить является ли объект коричневым карликом или это обычная планета не так просто. Радиус карликов отличается от радиусов планет всего на 10 – 15% и приблизительно совпадает с радиусом Юпитера. Но отличие все же есть. При относительной схожести показателей радиуса и объема, коричневые карлики отличаются от планет плотностью. Поэтому, если объект превышает массу Юпитера более чем в 10 раз, то он, вероятнее всего, не является планетой. Еще одним критерием классификации коричневых карликов является выделяемые ими в процессе остывания инфракрасные и рентгеновские излучения.
И, наконец, третий критерий, по которому можно отличить коричневого карлика – это температура. Крупные звезды имеют приблизительную минимальную температуру поверхности около 4000К, а температура поверхности коричневых карликов значительно меньше и составляет от 300 до 3000К. На протяжении всего существования они находятся в постоянном процессе остывания, так как не могут поддерживать свою температуру за счет внутреннего термоядерного синтеза. Скорость потери тепла зависит от массы звезды: чем карлик массивнее, тем процесс остывания протекает медленнее.
О том, что возможно существование коричневых карликов с температурой поверхности менее 700К (400°С) ученые говорили давно. Но обнаружение настолько «холодного» карлика, как WD 0806-661 В стало сенсацией для научного мира. На данный момент звезда «комнатной» температуры единственная в данном классе, но можно сказать с долей уверенности, что далеко не последняя.
Как обидно, когда большое количество информации, выложенной на иностранных сайтах и касающейся самых новейших изобретений и научных открытий, попросту ускользает от пользователей русскоязычного интернета по причине незнания языка. А ведь так хочется быть в курсе всего происходящего. Выход есть, нужно только освоить английский язык, в том числе и разговорный английский. Получать информацию быстро, не дожидаясь перевода, что может быть удобнее?
Несмотря на свое название, коричневый карлик не совсем коричневый. Эти объекты имеют массы в 12 раз большие, чем у . И могут достигать половины массы Солнца. Они излучают свет сами по себе. Но обычно не очень сильно. Самые большие и самые молодые из них довольно горячи, и излучают много света и тепла. Издалека эти объекты неотличимы своих звездных сородичей — красных карликов. Самые маленькие и самые старые из них, напротив, едва заметны. Они излучают только в инфракрасной части спектра.
Коричневый карлик — откуда энергия?
В среднем средний коричневый карлик слабо светится тусклыми пурпурными оттенками. Это делает эти объекты довольно интересными в семье космических тел.
Но в отличие от звезд, коричневые карлики светятся не от тепла термоядерных реакций, бушующих в их недрах. Их свет и тепло — это просто остатки энергии их первоначального формирования. Эти объекты были рождены из коллапсирующих облаков газа и пыли. Также, как и звезды, только имеют меньшие размеры. Гравитационный коллапс высвободил огромное количество энергии. Но энергия попала в падающий материал, и оказалась заперта внутри на десятки миллионов лет. И теперь она медленно уходит в космос в виде теплого света.
По мере того, как это тепло уходит, коричневый карлик продолжает тускнеть. Он превращается из ярко — красного в пятнистый и пурпурный объект, видимый только в инфракрасном диапазоне. Чем больше была масса подобного объекта при его рождении, тем больше тепла он смог заманить в свою ловушку. И тем дольше он может имитировать настоящую звезду. Но конечная судьба одинакова для каждого коричневого карлика, независимо от его родословной.
Гелий — 3
Коричневый карлик вполне может быть классифицирован как просто странная разновидность очень больших . В конце концов, планеты тоже постоянно охлаждаются, поскольку стареют. И у них нет новых источников энергии, которые будут подогревать их в течение миллиардов или триллионов лет.
Но большинство коричневых карликов играют в особую игру. Требуется определенный порог по массе (примерно в 80 раз больше, чем у Юпитера), чтобы достичь огромных температур и давлений в ядре объекта, которые необходимы для слияния водорода в гелий. Именно это необходимо для того, чтобы космический объект мог считать себя звездой. Но есть гораздо более низкий порог, примерно в 13 раз больший массы Юпитера, при котором может происходить другой вид синтеза.
В этой гораздо более прохладной обстановке дейтерий (который представляет собой один протон и один нейтрон, склеенные вместе в ядре) может ударить свободный протон. Эта реакция превратит дейтерий в гелий-3, и высвободит немного энергии. Обычные звезды проходят краткую фазу горения дейтерия, после которой они достаточно нагреваются. Но коричневые карлики могут поддерживать этот процесс достаточно длительное время. Но так никогда и не переключаются на полномасштабный термоядерный синтез.
Все очень быстро
Однако это не длится вечно. Самые большие коричневые карлики расходуют весь свой дейтерий за несколько миллионов лет. Причина этого в том, что подобные тела не разделены на отдельные слои.
В звездах, подобных , есть плотное ядро, состоящее из водорода и гелия. Оно окружено слоем плазмы, в котором преобладают лучистые энергии. И этот слой окружен неким «кипящим супом». Но у самых маленьких звезд и коричневых карликов ядра, как такового, нет. У них есть только одна конвекционная оболочка, простирающаяся от поверхности до центра, способная транспортировать материал внутрь и наружу. Из самых внутренних областей до поверхности объекта и обратно.
Таким образом, любой дейтерий, который имеет коричневый карлик, в конечном итоге окажется втянутым в его в центр. Где и превратится в гелий-3. (В объекте со слоями некоторое количество дейтерия может оставаться в каких — то местах без изменения).
Что же происходит с маленькими коричневыми карликами? Они просто постепенно остывают. Их внутренняя температура находится ниже порога, необходимого для поддержания реакции. Энергия дейтериевых реакций им недоступна.
Определение размеров
Коричневые карлики рождаются как звезды, некоторое время излучают тепло, а иногда даже синтезируют элементы в своих недрах. Итак, есть ли причина назвать их звездами?
Коричневый карлик — объект маленький. Очень маленький для звезды. Конечно, эти объекты больше Юпитера. Но к настоящему дню в космосе обнаружено уже много объектов, которые больше Юпитера. Красный карлик не намного крупнее обычной — гиганта.
Звездам присуще одна особенность — это реакция термоядерного синтеза, происходящие в их ядрах. Высвобождаемые энергии постоянно конкурируют с внутренней гравитацией, пытаясь расширить внешние слои звезды.
Но, как мы знаем, коричневые карлики не имеют таких свойств. И в отличие от планет, у них нет скалистых ядер или ледяных мантий. Все, что у них осталось, — это экзотическая квантовая сила, известная как давление вырождения . Она определяет, сколько частиц может поместиться в определенном объеме. Коричневые карлики полностью поддерживаются давлением вырождения, поэтому они имеют минимально возможный размер для своей массы.
Граница между большими планетами и маленькими звездами не просто размыта. Существует совершенно отдельный класс объектов. Они обладают одновременно свойствами как планет, так и звезд. Но при этом не являются ни тем, ни другим.
Можно сказать, что коричневые карлики — это подростки небесного царства.
