Планеты земного типа надо искать около красных, а не желтых, карликов

Красный карлик в представлении художника Система KOI-256[en], состоящая из красного и белого карликов. Иллюстрация NASA.
У этого термина существуют и другие значения, см. Красный карлик (значения).

Кра́сный ка́рлик

— согласно диаграмме Герцшпрунга — Рассела, маленькая и относительно холодная звезда главной последовательности, имеющая спектральный класс М или поздний К. Являются очень распространёнными звёздами, особенно в старых шаровых скоплениях типа , галактическом гало. Распределение красных карликов в Галактике сферическое, в отличие от сильно излучающих её рукавов, светимость которых обусловлена яркими молодыми звёздами и переизлучением от газовых скоплений.

Общие характеристики[ | ]

Спектр звезды класса M6V

Красные карлики довольно сильно отличаются от других звёзд. Масса красных карликов не превышает трети солнечной массы (нижний предел массы — 0,0767[1][2]M☉, затем идут коричневые карлики). Температура фотосферы красного карлика может достигать 3500 , что превышает температуру спирали лампы накаливания, поэтому, вопреки своему названию, красные карлики, аналогично лампам, испускают свет не красного, а скорее охристо-желтоватого оттенка. Звезды этого типа испускают очень мало света, иногда в 10 000 раз меньше Солнца. Из-за низкой скорости сгорания водорода красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни — от десятков миллиардов до десятков триллионов лет (красный карлик с массой в 0,1 массы Солнца будет гореть 10 триллионов лет)[2]. В красных карликах невозможны термоядерные реакции с участием гелия, поэтому они не могут превратиться в красные гиганты. Со временем они постепенно сжимаются и всё больше нагреваются, пока не израсходуют весь запас водородного топлива, и постепенно превращаются в голубые карлики, а затем — в белые карлики с гелиевым ядром. Но с момента Большого взрыва прошло ещё недостаточно времени, чтобы красные карлики смогли сойти с главной последовательности.

Тот факт, что красные карлики остаются на главной последовательности, в то время как другие звезды сходят с неё, позволяет определять возраст звёздных скоплений путём нахождения массы, при которой звёзды вынуждены сойти с главной последовательности. Кроме того, тот факт, что на данный момент не найдено ни одного красного карлика вне главной последовательности, свидетельствует о том, что Вселенная имеет конечный возраст.
Характеристики красных карликов
[3]

Спектральный классРадиусМассаСветимостьТемператураТипичные представители
R/R☉M/M☉L/L☉K
M00,640,470,0753850GJ 278C
M10,490,490,0353600GJ 229A
M20,440,440,0233400Лаланд 21185
M30,390,360,0153250GJ 725A
M40,260,200,00553100Звезда Барнарда
M50,200,140,00222800GJ 866AB
M60,150,100,00092600Вольф 359
M70,120,090,00062500Ван Бисбрук 8
M80,110,080,00032400Ван Бисбрук 9
M90,080,0790,000152300LHS 2924
M9.50,080,0750,00012250DENIS-P J0021.0–4244[4]

Странная планета

Астрономы обнаружили экзотическую систему — газового гиганта на орбите карликовой звезды, — что противоречит существующим взглядам на рождение и эволюцию планет.

Крайне необычный тандем звезды и планеты, открытый астрономами из Каталонского института исследований космоса (IEEC), не совсем укладывается в традиционные представления о том, как происходит образование планетных систем. Расположенный в 30 световых годах от нас, красный карлик GJ 3512 освещает вращающегося вокруг газового гиганта, который делает полный оборот за 204 суток. Похожая на Юпитер планета лишь вдесятеро меньше своей звезды, сообщают ученые в статье, опубликованной в журнале Science.

В среднем красные карлики почти вдвое легче нашего Солнца и намного более тусклы. Поэтому на их долю приходится не более 10 процентов известных экзопланет, хотя сами по себе красные карлики считаются самыми распространенным из звезд в Галактике. Тем не менее звезда GJ 3512 оказалась необычной: ученые отметили, что она колеблется куда сильнее прочих, испытывая значительное влияние гравитации обращающейся вокруг планеты. По расчетам ученых, масса ее должна составлять около 10 процентов массы материнской звезды.

«Мы были крайне удивлены, — говорит один из авторов работы Хуан-Карлос Моралес (Juan Carlos Morales). — Планета очень необычна: теоретические модели предполагают, что легкие звезды окружены небольшими планетами, подобными Земле или миниатюрным нептунам». В этой связи нельзя не вспомнить недавнее громкое открытие целой системы небольших (и потенциально обитаемых) планет у красного карлика GJ 1061, всего в 12 световых годах от Солнца.

В самом деле, теория указывает, что такие небольшие тела могут формироваться постепенно, за счет множества столкновений, слияний и накопления вещества, рассеянного вокруг молодой звезды. Однако газовые планеты, такие как Юпитер или обнаруженная теперь GJ 5312b, возможно, появляются иначе. Медленный рост не позволил бы им удержать достаточно летучих газов для того, чтобы стать «зрелыми» газовыми гигантами.

Предполагается, что они могут возникать в ходе быстрого коллапса больших объемов газопылевого облака. Однако облако должно быть достаточно массивным, что вряд ли возможно в случае молодого красного карлика. Этот парадокс еще предстоит объяснить ученым. Тем временем они продолжают наблюдения за системой GJ 5312: быть может, в ней есть еще одна планета.

Оригинал earth-chronicles.ru

По теме:

В 16 световых годах от Земли зафиксирована сильнейшая супер вспышка

Девятую планету предложили искать по оптическим вспышкам

Астрономы-любители открыли два необычных коричневых карлика

Железо и магний – основные элементы планет

Какие бывают метеориты и сколько они стоят?

Что такое черные планеты и существуют ли они?

Разумна ли наша Вселенная?

Гипотетическая Девятая планета может оказаться первичной черной дырой

NASA планирует превращать лунный реголит в кислород

Астронавты НАСА, возможно, полетят на Марс через Венеру

Spread the love

Красные карлики во Вселенной[ | ]

Почти все звёзды, видимые невооружённым глазом, белые или голубые, поэтому можно подумать, что красные карлики распространены мало. Но они — самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной[5]. Суть в том, что слабые звёзды на расстоянии просто не видны. Проксима Центавра, ближайшая звезда к Солнцу — красный карлик (спектральный класс M5,5Ve; звёздная величина 11,0m

), как и двадцать из следующих тридцати ближайших звёзд. Однако из-за их низкой яркости они мало изучены.

Как умирают красные карлики?

Вселенная — это огромная, загадочная бездна, наполненная явлениями, которые мы вряд ли поймём до конца. Несмотря на все достижения науки, большая часть наших знаний о космосе остается чисто теоретической. Однако некоторые вещи мы знаем уже сейчас. В том числе и о том, как умирают красные карлики.

Красный карлика. Автор:NASA/Walt Feimer [Public domain]

Красные карлики — это самый распространенный тип звёзд во Вселенной. Их доля в общем количестве достигает почти 70%. Проксима Центавра, ближайшее к Солнцу светило, тоже красный карлик. Это самые маленькие из состоявшихся звезд. Их свет наблюдается практически только в инфракрасной части спектра, поэтому увидеть их — настоящий подвиг. Невооружённому взгляду они практически не заметны. Они холодны — температура на их поверхности не поднимается выше 4000 градусов по Кельвину. Для сравнения — на Солнце, жёлтом карлике, она составляет 5800 градусов.

Красные карлики выгорают очень медленно. Это настоящие долгожители Вселенной, потенциально способные жить по несколько триллионов лет. Горение звезды происходит благодаря переработке водорода в гелий, а в красных карликах конвективные токи пополняют запасы водорода в ядре и предотвращают накопление там гелия. В той связи, что Вселенной всего около 14 миллиардов лет, мы ещё ни разу не видели, как умирает хоть одна звезда этого типа. И вряд ли когда-нибудь увидим — человеческий род наверняка не просуществует столь долго.

Но у нас есть стройная теория о том, как это происходит. Предполагается, что, приблизившись к концу своего жизненного цикла, эти малютки изменят цвет и станут «голубыми карликами». По мере выгорания топлива температура на поверхности звезды будет повышаться, отчего она будет светиться все ярче и ярче. Те звезды, у которых хватит на это массы, сильно «распухнут» и станут красными гигантами. Но им, в отличие от ещё более крупных звёзд этого типа, никогда не стать сверхновыми, а впоследствии нейтронной звездой или черной дырой.

А Вы смотрели: Красные самородки — самые живучие галактики во Вселенной

Вернёмся, однако, к голубым карликам, как бы двусмысленно это ни звучало. Это очень кратковременный этап в жизненном цикле красных карликов. Быстро выработав всё топливо, они должны стать белыми карликами. Кстати, в отличие от голубых, белые в настоящее время существуют – по той причине, что в них могут превращаться и звёзды других типов. Теоретически до 97% всех светил Вселенной со временем превращаются в белых карликов, а не взрываются сверхновыми. Поэтому их предостаточно на небосклоне, и мы можем их видеть, хоть и очень плохо.

Это очень маленькие звезды — довольно часто размером с Землю, и полностью состоят из гелия. Фактически, это то, что сохраняется после гибели светила — остатки её внутреннего ядра. При превращении в белого карлика звезда выбрасывает большую часть своей массы, образуя яркую, очень красочную и объёмную планетарную туманность, но та со временем исчезает, и остаётся только упомянутое ядро.

Белых карликов не следует путать с коричневыми, внутри которых также не идёт процесс ядерного синтеза. Это в основном несостоявшиеся звезды (субзвёздные объекты), масса которых недостаточна для начала реакции синтеза водорода в гелий. Коричневые карлики очень похожи на газовых гигантов, пара которых есть и в нашей системе, за тем исключением, что в них происходит процесс синтеза на основе лёгких элементов, вроде дейтерия. Как понятно, света при этом они генерируют крайне мало.

Ближайшие соседи Солнца. Автор: Marhorr [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Красные и белые карлики вызывают особый интерес у учёных по причине гипотетической жизнепригодности их систем. Продолжительность жизни Солнца пугающе коротка в масштабе Вселенной. Человечество не может существовать без звезды, а наше светило даёт нам в этом вопросе всего миллиард лет. Погибнет оно гораздо позже, но именно через указанное время жить рядом с ним будет уже невозможно. Если мы собираемся продолжить своё существование, нужно искать более надёжное прибежище. И красные карлики в этом смысле в высшей степени перспективны. Рядом с ними достаточное количество планет. В Млечном Пути около 100 миллиардов звезд, и от 70 до 80% из них относятся к этому классу. У них, по некоторым подсчётам, до 60 миллиардов планет, похожих на Землю, а нам нужна только одна. Максимум — три-четыре. И после того, как мы там обоснуемся, нам уже никогда не придется беспокоиться о поисках нового дома — по причине той самой продолжительности жизни красных карликов, о которой было сказано в самом начале.

А Вы смотрели: Есть ли жизнь на планетах системы TRAPPIST-1? (видео)

Естественно, с проблемами там столкнуться придётся. Из-за того, что они гораздо тусклее и холоднее Солнца, их зона обитаемости гораздо меньше. Нужная нам планета, вероятно, будет находиться от них приблизительно на том же расстоянии, что Меркурий от Солнца, то есть очень близко. Настолько, что, скорее всего, будет постоянно обращена к звезде только одной своей стороной, как Луна к Земле или тот же Меркурий к Солнцу. В одном её полушарии будет гораздо жарче, чем во втором. В общем, это совсем не идеальное место для жизни.

Всё это относится и к белым карликами. Они были бы даже более стабильны с точки зрения происходящих на них возмущений. Это, по сути, умирающие звёзды, но жизнь из них будет уходить в течение невероятно долгого времени, тем более что остывание у них начинается с отметки около 20000 градусов по Кельвину. В конце концов, они превратятся в черных карликов — космические объекты, которые не излучают никакого света. Это что-то вроде чёрной дыры, только без сопутствующих искажений времени и пространства, а также со вполне обычным гравитационным притяжением.

Когда Вселенная вступит в фазу тепловой смерти, в ней, как считается, останутся только чёрные дыры и чёрные карлики. Последние не будут излучать ни тепла, ни света, охладившись до температуры самого космоса, то есть чуть выше абсолютного нуля. Но чёрные карлики — это такие же гипотетические объекты, как голубые. Их пока никто нигде не видел — это чистая теория. Как бы то ни было, до этого ещё очень далеко, и мы можем спокойно думать о красных их собратьях. Это гораздо более жизнерадостная перспектива.

А Вы смотрели: Изменяя Вселенную

Поделиться ссылкой:

Проблема первичных красных карликов[ | ]

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации.

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011 года

.

Одна из загадок астрономии — слишком малое количество красных карликов, совсем не содержащих металлов. Согласно модели Большого взрыва, первое поколение звёзд должно было содержать только лишь водород и гелий (и совсем небольшое количество лития). Если в числе этих звёзд были красные карлики, то они должны наблюдаться сегодня, чего не происходит. Общепринятое объяснение заключается в том, что звезды с малой массой не могут сформироваться без тяжёлых элементов. Так как в лёгких звёздах протекают термоядерные реакции с участием водорода в присутствии металлов, то ранняя протозвезда с малой массой, лишённая металлов, не в состоянии «зажечься» и вынуждена оставаться газовым облаком до тех пор, пока не получит больше материи. Всё это служит поддержкой теории о том, что первые звёзды были очень массивными и вскоре погибли, выбросив большое количество металлов, необходимых для формирования лёгких звёзд.

Жизнь на планетах у красных карликов[ | ]

Основная статья: Жизнепригодность системы красного карлика

Термоядерные реакции красных карликов «экономны»: нуклеосинтез в недрах этих звёзд проходит медленно. Это объясняется сильной зависимостью скорости протекания термоядерных реакций (примерно в четвёртой степени) от температуры, которая низка у звёзд малой массы. Поэтому жизненный цикл красных карликов в сотни раз длиннее, чем у звёзд, таких как Солнце. Если на какой-нибудь планете возле красного карлика возникла простейшая жизнь, то вероятность, что она разовьётся во что-нибудь интересное, несравненно выше, чем у таких недолговечных звёзд, как Солнце. Это связано с тем, что для развития высокоорганизованной жизни требуются миллиарды лет.[источник не указан 806 дней

]

Экзопланеты[ | ]

Авторское представление об экзопланете, обращающейся вокруг красного карлика GJ 1214
В 2005 году были обнаружены экзопланеты, обращающиеся вокруг красных карликов. По размеру одна из них сопоставима с Нептуном (около 17 масс Земли). Эта планета обращается на расстоянии всего в 6 миллионов километров от звезды, и поэтому должна иметь температуру поверхности около 150 °, несмотря на низкую светимость звезды. В 2006 году была обнаружена планета земного типа. Она обращается вокруг красного карлика на расстоянии в 390 миллионов километров и температура её поверхности составляет −220 °C. В 2007 году были обнаружены планеты в обитаемой зоне красного карлика Глизе 581, в 2010 году обнаружена планета в обитаемой зоне у Глизе 876. В 2014 году обнаружена землеразмерная планета Kepler-186f в обитаемой зоне [6]. 22 февраля 2020 года было объявлено об обнаружении семи планет земного типа около красного карлика TRAPPIST-1. Три из них находятся в обитаемой зоне [7].

Проблемы, связанные с климатом планет[ | ]

Поскольку красные карлики довольно тусклые, то эффективная земная орбита должна быть близкой к звезде. Но планета, расположенная слишком близко к звезде, становится постоянно обращённой к ней одной стороной. Данное явление называется приливным захватом. Оно может вызвать разницу температур в разных полушариях (ночном и дневном), поскольку на дневном полушарии всегда тепло (может быть — очень жарко), а на ночном температура может приближаться к абсолютному нулю. Плотная атмосфера, однако, могла бы обеспечить некоторый перенос тепла на теневое полушарие, но это, в свою очередь, вызовет сильные ветры.

Красные карлики во много крат активнее Солнца (звёздный ветер таких звёзд ненамного слабее, чем у Солнца). Очень мощные вспышки могут быть губительными для возможной жизни на планете. Магнитное поле планеты могло бы отчасти решить эту проблему, становясь барьером для радиации, но у планет с приливным захватом его в большинстве случаев быть не может, т. к. отсутствие вращения планеты означает также отсутствие вращения ядра. Впрочем, роль магнитосферы в защите от космической радиации долгое время оставалась переоценённой, и защитного свойства одной лишь атмосферы могло бы оказаться достаточно [8].

Планеты земного типа надо искать около красных, а не желтых, карликов

8 января, на уже упоминавшейся конференции Американского астрономического общества, состоявшейся в Калифорнии, опять заговорили о планетах, похожих на Землю.

Кортни Дрессинг, астроном из Гарвардского университета, представила новый статистический анализ данных, полученных космическим телескопом «Кеплер», и заявила, что планеты размером с Землю и способные иметь на поверхности жидкую воду, следует искать неподалеку от Солнца, у ближайших к нам красных карликов.

Вместе со своим гарвардским коллегой Давидом Шарбонно они проанализировали возможность существования землеподобных планет (то есть планет, имеющих диаметр от половины до двух земных) у красных карликов. Красные карлики или М-карлики – холодные, небольшие звезды, но в Галактике они наиболее распространены и составляют 75% от всех ее звезд. Они тусклее звезд типа нашего Солнца и часто не видны. Поэтому из 150 тысяч звезд, что находятся в поле зрения «Кеплера», красных карликов всего около пяти тысяч.

Однако планеты там искать можно, причем именно планеты, которые находятся в зоне обитаемости. Во-первых, зона обитаемости у красных карликов с их невысокой температурой находится ближе к звезде, и планета, вращающаяся, скажем, по орбите Меркурия или даже ниже, вполне может быть пригодна для зарождения на ней жизни. Это значит, что ее год может быть раз в 6-7 короче земного, и, стало быть, она может пройти перед звездой 6-7 раз за год, каждый раз затемняя ее, причем затемняя существенно, потому что и сама звезда светит неярко. Так что если она находится относительно недалеко, планеты на ней можно искать с помощью наземного телескопа.

Чтобы провести свой анализ, Дрессинг и Шарбонно исследовали 3609 красных карликов из тех пяти тысяч, что может видеть «Кеплер». Для каждой звезды они провели оценку их размеров и температур. Результатом анализа, детали которого не раскрываются (как объяснили ученые, из-за его предварительного характера), стал вывод о том, что каждый красный карлик может иметь планету размером примерно с Землю с периодом обращения 50 дней и меньше.

Фактически, ученые намекнули коллегам, что «жизнеспособные» планеты надо искать не столько у желтых звезд, подобных Солнцу, сколько у их меньших и более холодных сородичей, на которые до сих пор внимания обращалось намного меньше, – там-то как раз и может роиться жизнь.

А это значит, что на одном из таких красных карликов, находящихся поблизости от Солнца, есть планета размером примерно с Землю, и находится эта планета в обитаемой зоне своей звезды. Шарбонно и его команда намерены осуществить такой поиск. С этой целью они заняты установкой сети небольших телескопов при Межамериканской обсерватории Церро Тололо в Чили.

Правда, если даже искомая экзопланета будет обнаружена, надежд на то, что там живут наши браться по разуму, может оказаться не так уж много. Даже при наличии жидкой воды. Красные карлики – очень нервные звезды, и некоторые исследователи считаю, что их частые и мощные магнитные вспышки могут воспрепятствовать развитию жизни. К тому же химический состав газопылевых дисков у прохладных звезд имеет свои особенности, малоподходящие для ее зарождения.

Так, 2009-м году, изучая с помощью инфракрасного телескопа «Спитцер» диски различных звезд, исследователи НАСА не обнаружили в дисках М-карликов молекул цианистого водорода – одного из строительных блоков ДНК, поскольку он входит в состав аденина, одного из ее основных элементов. Это может означать, что найдя планету, пригодную для жизни, жизни на ней мы не найдем. А, впрочем, может означать, что жизнь мы там найдем, но она будет абсолютно не похожа на нашу.

Типичные красные карлики[ | ]

  • Проксима Центавра — (M5.5 Ve)
    — расстояние
    1,31 пк
    ; светимость —
    0,000 072
    солнечной;
  • Звезда Барнарда — (M5V)
    — расстояние
    1,83 пк
    ; светимость —
    0,000 450
    солнечной;
  • Вольф 359 — (dM6e)
    — расстояние
    2,34 пк
    ; светимость —
    0,000 016
    солнечной;
  • Росс 154 — (dM4e)
    — расстояние
    2,93 пк
    ; светимость —
    0,000 380
    солнечной;
  • Росс 248 — (dM6e)
    — расстояние
    3,16 пк
    ; светимость —
    0,000 110
    солнечной;
  • Росс 128 — (dM5)
    — расстояние
    3,34 пк
    ; светимость —
    0,000 080
    солнечной;
  • Глизе 581 — (M3V)
    — расстояние
    6,27 пк
    ; светимость —
    0,013
    солнечной;
  • TRAPPIST-1 — (M8V
    ) — расстояние
    12,10 пк
    ; светимость —
    0,000 525
    солнечной.

Примечания[ | ]

  1. Burrows, A., Hubbard, W. B., Saumon, D., Lunine, J. I.
    An expanded set of brown dwarf and very low mass star models (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — IOP Publishing, 1993. — Vol. 406, no. 1. — P. 158—171. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/172427. — Bibcode: 1993ApJ…406..158B.
  2. 12
    Fred C. Adams & Gregory Laughlin (U. Michigan) (1997), A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects, p. 5,
    arΧiv:astro-ph/9701131
    [astro-ph] (англ.)(По поводу срока пребывания на главной последовательности: См. С. 5. — формула (2.1a): τ ∗ = 10 10 y r [ M ∗ 1 M ⊙ ] − α {\displaystyle _{\tau _{\ast }=10^{10}yr\left[{M_{\ast } \over 1M_{\odot }}\right]^{-\alpha }}} , где для звёзд малой массы берётся значение α ≈ 3 — 4. Если брать значение α = 3, то красный карлик с массой в 0,1
    M
    ⊙ будет гореть 1⋅1013 лет. Если брать значение α = 4 , а массу красного карлика
    M
    * = 0,0767
    M
    ⊙, то такой красный карлик горел бы 2,9⋅1014 лет.)
  3. Kaltenegger, L.; Traub, W. A.
    Transits of Earth-like Planets (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — IOP Publishing, 2009. — Vol. 698, no. 1. — P. 519—527. — doi:10.1088/0004-637X/698/1/519. — Bibcode: 2009ApJ…698..519K.
  4. Caballero J.
    The widest ultracool binary (англ.) // Astronomy and Astrophysics : рец. науч. журнал. — EDP Sciences (англ.)русск., 2007. — Vol. 462. — P. L61—L64. — doi:10.1051/0004-6361:20066814. — Bibcode: 2007A&A…462L..61C.
  5. Дипак Чопра, Минас Кафатос.
    Ты – Космос. Как открыть в себе вселенную и почему это важно. — Litres, 2017-10-29. — 329 с. — ISBN 978-5-04-074474-9.
  6. Kepler Has Found the First Earth-Sized Exoplanet in a Habitable Zone!
  7. Northon, Karen
    . NASA Telescope Reveals Record-Breaking Exoplanet Discovery (англ.),
    NASA
    (22 February 2017). Дата обращения 22 февраля 2020.
  8. Магнитное поле Земли не защищает от радиации
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: