Коричневые карлики - звезды в Солнечной системе: температура, фото, спектральные классы
Чем обширнее становятся теоретические знания и технические возможности ученых, тем больше открытий они совершают. Казалось бы, уже все объекты космоса известны и необходимо только объяснить их особенности. Однако Вселенная каждый раз при возникновении такой мысли у астрофизиков преподносит им очередной сюрприз. Часто, впрочем, такие новшества бывают предсказаны теоретически. В число подобных объектов входят коричневые карлики. До 1995 года они существовали только «на кончике пера».
Давайте знакомиться
Коричневые карлики — звезды довольно необычные. Все основные их параметры сильно отличны от характеристик привычных для нас светил, впрочем, есть и сходство. Строго говоря, коричневый карлик — субзвездный объект, он занимает промежуточное положение между собственно светилами и планетами. Эти космические тела имеют сравнительно небольшую массу — от 12,57 до 80,35 от аналогичного параметра Юпитера. В их недрах, как и в центрах других звезд, осуществляются термоядерные реакции. Отличие коричневых карликов в крайне незначительной роли водорода в этом процессе. В качестве топлива такие звезды используют дейтерий, бор, литий и бериллий. «Горючее» сравнительно быстро заканчивается, и коричневый карлик начинает остывать. После завершения этого процесса он становится планетоподобным объектом. Таким образом, коричневые карлики — звезды, никогда не попадающие на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга—Рассела.
Невидимые странники
Эти интересные объекты отличаются еще несколькими примечательными характеристиками. Они представляют собой блуждающие звезды, не связанные с какой-либо галактикой. Теоретически подобные космические тела могут бороздить просторы космоса на протяжении многих миллионов лет. Однако одно из самых их значительных свойств — практически полное отсутствие излучения. Заметить такой объект без использования специальной аппаратуры невозможно. Подходящего оборудования у астрофизиков не было на протяжении достаточно длительного периода.
Первые открытия
Наиболее сильное излучение коричневых карликов приходится на инфракрасную спектральную область. Поиски таких следов увенчались успехом в 1995 году, когда был открыт первый подобный объект, Тейде 1. Он относится к спектральному классу М8 и располагается в скоплении Плеяд. В этом же году на расстоянии 20 световых лет от Солнца была обнаружена еще одна такая звезда, Gliese 229B. Она вращается вокруг красного карлика Gliese 229А. Открытия начали следовать одно за другим. На сегодняшний день известно более сотни коричневых карликов.
Отличия
Коричневые карлики непросто идентифицировать из-за их схожести по разным параметрам с планетами и легкими звездами. По своему радиусу они приближаются в той или иной степени к Юпитеру. Примерно одинаковая величина этого параметра сохраняется для всего диапазона масс коричневых карликов. В таких условиях становится крайне непросто отличить их от планет.
Кроме того, далеко не все карлики этого типа способны поддерживать термоядерные реакции. Самые легкие из них (до 13 масс Юпитера) настолько холодны, что в их недрах невозможны даже процессы с использованием дейтерия. Наиболее массивные очень быстро (в масштабах космоса — за 10 млн лет) остывают и также становятся неспособными к поддержанию термоядерных реакций. Ученые для отличия коричневых карликов используют два основных способа. Первый из них — это измерение плотности. Коричневые карлики характеризуются примерно одинаковыми значениями радиуса и объема, а потому космическое тело с массой 10 Юпитеров и выше, вероятнее всего, относится к этому типу объектов.
Второй способ — обнаружение рентгеновского и инфракрасного излучений. Наличием такой заметной характеристики не могут похвастаться только коричневые карлики, температура которых опустилась до планетарного уровня (до 1000 К).
Способ отличия от легких звезд
Светило с небольшой массой — еще один объект, от которого бывает непросто отличить коричневый карлик. Что такое звезда? Это термоядерный котел, где постепенно сгорают все легкие элементы. Один из них — литий. С одной стороны, в недрах большинства звезд он достаточно быстро заканчивается. С другой — для реакции с его участием требуется сравнительно низкая температура. Получается, что объект с литиевыми линиями в спектре, вероятно, принадлежит к классу коричневых карликов. У этого метода есть свои ограничения. Литий часто присутствует в спектре молодых звезд. Кроме того, коричневые карлики могут за период в полмиллиарда лет исчерпать все запасы этого элемента.
Отличительным признаком может быть и метан. На заключительных этапах жизненного цикла коричневый карлик — звезда, температура которой позволяет накопить внушительное его количество. Другие светила не могут остыть до такого состояния.
Для различия коричневых карликов и звезд измеряют и их яркость. Светила тускнеют в конце своего существования. Карлики остывают всю «жизнь». На завершающих этапах они становятся настолько темными, что перепутать их со звездами невозможно.
Коричневые карлики: спектральный класс
Температура поверхности описываемых объектов изменяется в зависимости от массы и возраста. Возможные значения находятся в диапазоне от планетарных до характерных для наиболее холодных звезд класса М. По этим причинам для коричневых карликов первоначально было выделено два дополнительных спектральных типа — L и Т. Кроме них, в теории существовал и класс Y. На сегодняшний день его реальность подтверждена. Остановимся на характеристиках объектов каждого из классов.
Класс L
Звезды, относящиеся к первому типу из названных, отличаются от представителей предыдущего класса М присутствием полос поглощения не только оксида титана и ванадия, но и гидридов металла. Именно этот признак позволил выделить новый класс L. Также в спектре некоторых коричневых карликов, относящихся к нему, обнаружили линии щелочных металлов и йода. К 2005 году было открыто 400 подобных объектов.
Класс Т
Т-карлики характеризуются наличием в ближнем инфракрасном диапазоне полос метана. Аналогичные свойства ранее были обнаружены только у газовых гигантов Солнечной системы, а также спутника Сатурна Титана. На смену гидридам FeH и CrH, характерным для L-карликов, в Т-классе приходят щелочные металлы, такие как натрий и калий.
По предположениям ученых подобные объекты должны обладать сравнительно малой массой — не больше 70 масс Юпитера. Коричневые Т-карлики по многим параметрам схожи с газовыми гигантами. Характерная для них температура поверхности изменяется в диапазоне от 700 до 1300 К. Если когда-то в объектив камеры попадут такие коричневые карлики, фото будет демонстрировать объекты розовато-синего цвета. Такой эффект связан с влиянием спектров натрия и калия, а также молекулярных соединений.
Класс Y
Последний спектральный класс долгое время существовал лишь в теории. Температура поверхности подобных объектов должна быть ниже 700 К, то есть 400 ºС. В видимом диапазоне не обнаруживаются такие коричневые карлики (фото сделать не получится совсем).
Однако в 2011 году американские астрофизики объявили об открытии нескольких подобных холодных объектов с температурой от 300 до 500 К. Один из них, WISE 1541-2250, находится на расстоянии 13,7 световых лет от Солнца. Другой, WISE J1828+2650, характеризуется температурой поверхности в 25 ºС.
Двойник солнца — коричневый карлик
Рассказ о столь интересных космических объектах будет неполным, если не упомянуть о «Звезде смерти». Так называют гипотетически существующий двойник Солнца, по предположениям некоторых ученых располагающийся на расстоянии 50-100 астрономических единиц от него, за пределами облака Оорта. По мнению астрофизиков, предполагаемый объект составляет пару нашему светилу и проходит мимо Земли каждые 26 млн лет.
Гипотеза связана с предположением палеонтологов Дэвида Раупа и Джека Сепковски о периодическом массовом вымирании биологических видов на нашей планете. Высказано оно было в 1984 году. В целом теория довольно спорная, однако есть и доводы в ее пользу.
«Звезда смерти» — одно из вероятных объяснений таких вымираний. Подобное предположение одновременно возникло у двух разных групп астрономов. Согласно их расчетам, двойник Солнца должен двигаться по сильно вытянутой орбите. При сближении с нашим светилом она возмущает кометы, в большом количестве «населяющие» облако Оорта. В результате увеличивается количество их столкновений с Землей, что и приводит к гибели организмов.
«Звезда смерти», или Немезида, как еще ее называют, может быть коричневым, белым или красным карликом. На сегодняшний день, правда, подходящих на эту роль объектов обнаружено не было. Высказываются предположения, что в зоне облака Оорта располагается пока неизвестная планета-гигант, которая оказывает воздействие на орбиты комет. Она притягивает к себе ледяные глыбы, предотвращая тем самым их возможное столкновение с Землей, то есть действует совсем не так, как гипотетическая «Звезда смерти». Впрочем, доказательств существования планеты Тюхе (то есть сестры Немезиды) пока тоже нет.
Коричневые карлики для астрономов - сравнительно новые объекты. Еще массу сведений о них предстоит получить и проанализировать. Уже сегодня предполагается, что такие объекты могут быть компаньонами многих известных звезд. Трудности исследования и обнаружения карликов этого типа задают новую высокую планку для научного оборудования и теоретического осмысления.