Плотность бурого карлика оказалась необъяснимо высокой


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».

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.

Коричневый карлик — плевок юной звезды

Коричневые карлики занимают промежуточное положение между звездами и планетами – для планеты они слишком массивны, а для звезды слишком холодны. Астрофизики задались вопросом, откуда взялся столь странный объект.

Совместные усилия физиков Шантану Басу из университета Западного Онтарио и Эдуарда Воробьёва из Венского университета, Австрия, а также исследователей из Российского федерального южного университета пытаются дать ответ на очередную загадку космоса. По мнению ученых, коричневые карлики – это остатки массы, вытолкнутой из протозвёздного диска во время его формирования, сообщает портал Astronews.

Басу и Воробьев построили модель развития протозвёздных дисков из облаков газа и пыли, и выяснили, что диски легко могли избавляться от части массы, сохраняя способность к сформировать полноценную звезду. Выброшенные плевки материи уплотнялись, превращаясь в массивное тело, плотность которого, однако, была недостаточна для термоядерной реакции, но слишком велика, чтобы гравитационная сила затащила его на орбиту какой-либо звезды в качестве планеты. Так, по мнению астрофизиков, и возникают коричневые карлики.

  • Avia.pro сообщил о применении Украиной «неизвестного оружия» против С-400 в Крыму
  • Нам нельзя быть слабыми
  • Просто продолжать жить
  • Мосметодцентр представил новые образовательные активности
  • Стране нужны живые Герои
  • Появилась информация об «облаве» самолетов НАТО на российскую подлодку «Орел»
  • США на пороге грандиозной монетарной трансформации
  • Капиталистическая образованщина
  • Российские физики разработали эффективный метод производства биомаркеров для медицинской диагностики
  • Пьер Дюкан: Люди нуждаются в пищевой философии
  • МХТ имени Чехова. Нехорошие новости
  • Американские учёные всерьёз заинтересовалась процессом варки спагетти
  • Жорес Алфёров как напоминание
  • Судьбой начертано – спасать

Станьте членом КЛАНА и каждый вторник вы будете получать свежий номер «Аргументы Недели», со скидкой более чем 70%, вместе с эксклюзивными материалами, не вошедшими в полосы газеты. Получите премиум доступ к библиотеке интереснейших и популярных книг, а также архиву более чем 700 вышедших номеров БЕСПЛАТНО. В дополнение у вас появится возможность целый год пользоваться бесплатными юридическими консультациями наших экспертов.

  • Введите свой электронный адрес, после чего выберите любой удобный способ оплаты годовой подписки
  • Или

  • Отсканируйте QR. В открывшемся приложении Сбербанк Онлайн введите стоимость подписки год (490 рублей). После чего вышлите код подтверждения на почту

Оставайтесь с нами. Добавьте нас в Ваши источники и подпишитесь на наши соцсети.

Яндекс Новости Google News МирТесен Яндекс Дзен Twitter Telegram Вконтакте Одноклассники Facebook Instagram

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.

Недавно обнаруженный коричневый карлик оказался двойной планетной системой

Обнаружение массивных планет в наши дни не является чем-то новым. Но найти две гигантские экзопланеты, вращающиеся вокруг друг друга, удивительно. Объект, который первоначально считался одиночным коричневым карликом, на самом деле представляет собой пару гигантских миров. Пока не ясно, как сформировалась эта двоичная система, но открытие может помочь переопределить границу между планетами и коричневыми карликами.

Пара планет состоит из двух газовых гигантов размером с Юпитер, но каждая из них массивнее его в 4 раза. Расстояние между планетами составляет около 600 миллионов километров, и они медленно кружат вокруг друг друга, возвращаясь на прежние позиции примерно раз в сто земных лет. Молодая система, возрастом всего 10 миллионов лет, излучает свет только на инфракрасных длинах волн.

Открытие сделано группой ученых во главе с Уильямом Бестом из Гавайского университета (США) с помощью 10-метрового телескопа Keck II, адаптивная оптика которого корректирует искажения земной а, — говорит Дэвид Латем из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США).

Есть две планеты, но нет звезды

Пока ученые точно не знают, как образуются планеты-изгои, которые не вращаются вокруг звезд. По словам исследователей, формирование бинарной системы блуждающих миров понять еще сложнее. Гравитационные взаимодействия могут выбросить одиночные планеты из их звездных систем, но вновь найденная пара скорее всего сформирована при фрагментации рождающейся протозвезды.

Открытие показывает, что во Вселенной существуют различные сценарии создания свободноплавающих объектов планетарной массы. Но, поскольку они маленькие и слабые, их можно обнаружить только в наших окрестностях. Новая находка, обозначенная 2MASS J1119-1137, располагается на расстоянии 85 световых лет от нас, и команда думает, что может быть много других подобных бинарных планетарных систем.

Действительно ли это планеты? Возможно, нет. Разделительная линия между планетами и коричневыми карликами проходит примерно на 14 массах Юпитера, при которой в ядре объекта начинается ядерный синтез дейтерия. Но некоторые ученые считают, что лучший признак для разделения этих классов, это не их масса, а то, как они формируются: коричневые карлики возникают из-за гравитационного сжатия облаков газа и пыли, а планеты образуются из протопланетного диска.

И если другие коричневые карлики «похожи» на этот, то есть являются не коричневыми карликами, а бинарными планетными системами, то ученые, возможно, недооценили количество свободноплавающих миров во Вселенной.

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.

Орбиты помогли разграничить коричневые карлики и теплые юпитеры

Астрономы выяснили, что коричневые карлики и теплые юпитеры — принципиально разные классы объектов, даже несмотря на близкие массы. К такому выводу они пришли на основе анализа формы орбит небесных тел, который показал, что коричневые карлики изначально формируются как звезды, а не как планеты. Статья опубликована в журнале The Astronomical Journal

.

Коричневые карлики (небесные тела с массами от 13 до 80 масс Юпитера) слишком массивны для того, чтобы быть планетами, но недостаточно массивны для поддержания стабильной термоядерной реакции, которая обеспечивает длительное свечение обычных звезд: именно поэтому их называют субзвездами. При этом сегодня астрономы все чаще находят крупные планеты, относящиеся к классу горячих или теплых юпитеров, чья масса приближается к субзвездному порогу, что делает грань между небольшими коричневыми карликами и особо массивными газовыми гигантами более размытой. До сих пор существует несколько различных классификаций, в которых коричневые карлики относят то к планетам-гигантам, то к звездоподобным объектам.

Тем не менее, астрономы предполагают, что механизмы формирования этих небесных тел должны отличаться. Чтобы проверить эту гипотезу, группа ученых под руководством Брендана Боулера (Brendan P. Bowler) из Техасского университета в Остине проанализировала формы орбит юпитеров и коричневых карликов, которые хранят следы истории рождения и эволюции небесных тел.

Астрономы получили прямые изображения 27 систем, в которых газовые гиганты и коричневые карлики вращались вокруг главных звезд на расстоянии от 5 до 100 астрономических единиц. Снимки были сделаны обсерваторией Кека и телескопом «Субару» с помощью систем адаптивной оптики, которые позволяют в реальном времени исправлять атмосферные искажения. Затем, объединив эти данные с результатами прошлых наблюдений, находящихся в открытом доступе, авторы работы провели компьютерное моделирование с помощью программы Orbitize!. Она использует законы движения Кеплера, чтобы сгенерировать набор возможных орбит небесного тела на основе его измеренных положений.

Сегодня считается, что планеты образуются из газопылевого диска вокруг молодой звезды посредством слипания мелких частиц пыли в более крупные объекты, в то время как звезды рождаются вследствие гравитационного коллапса молекулярного облака газа, в результате которого оно разделяется на более мелкие сгустки, которые затем становятся «зародышами» светил. Эти процессы накладывают отпечаток на формы орбит небесных тел: как показывают наблюдения, орбиты звезды намного более вытянуты, чем орбиты планет.

Две кривые показывают окончательное распределение форм орбит для планет-гигантов и коричневых карликов. По оси х показан эксцентриситет орбит, по оси y — число небесных тел

Brendan Bowler /UT-Austin

Поделиться

Работа исследователей показала, что объекты с массами до 15 масс Юпитера действительно имеют более круговые орбиты, что позволяет отнести их к классу планет. Небесные тела с массой выше пороговой вращались орбитам с более высоким эксцентриситетом и скорее напоминали двойные звездные системы. Таким образом, астрономам удалось продемонстрировать, что несмотря на довольно сильное сходство, газовые гиганты и коричневые карлики имеют принципиально разную историю формирования.

В будущем исследователи намерены продолжить мониторинг 27 систем, чтобы повысить точность данных, а также расширить выборку. Для этого они будут использовать спутник Gaia, с помощью которого недавно была создана подробная трехмерная карта Млечного пути.

В прошлом году астрономы обнаружили один из самых массивных коричневых карликов, известных на сегодняшний день, который по своим свойствам попадает в так называемую «пустыню коричневых карликов». Его масса составляет 51 массу Юпитера, а радиус — 0,83 радиуса Юпитера.

От редактора

В исходной версии заметки была допущена опечатка. Верхний предел массы коричневых карликов составляет не 18, а 80 масс Юпитера. Приносим свои извинения читателям.
Поделиться

Кристина Уласович

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.

коричневые карлики фото

Молодой коричневый карлик. Сирота с невероятным магнетизмом.

Всего в двадцати световых годах от Земли учёные обнаружили планету-сироту. Астрономы и раньше находили в космосе подобные объекты, но это первый раз, когда небесное тело планетарной массы замечено за пределами Солнечной системы с помощью радиотелескопа. По правде говоря, там целых 27 телескопов, объединённых в Сверхбольшую антенную решётку (VLA), но сути дела это не меняет.

Что такое «планета-сирота», спросите вы? У этих небесных тел много названий — планемо, планета-странник, межзвёздная планета, свободно плавающая планета, свободнолетящая планета, квазипланета, одиночная планета, но в сущности это всего лишь планета, у которой нет звезды. Отбиться от родительской опеки такой объект может несколькими способами. Иногда его выдергивает из системы, состоящей из одной или нескольких звёзд, гравитация другого светила, пролетевшего поблизости. Также возможен вариант, когда он выбрасывается в открытый космос в состоянии протопланеты, то есть на самых ранних стадиях образования солнечной системы.

Коричневый карлик SIMP J01365663 0933473

Согласно исследованию, результаты которого опубликованы в 2017 году, в нашей галактике огромное количество планет-сирот — в среднем одна на каждые четыре звезды. Многие из них, по всей видимости, являются газовыми гигантами, причём некоторые настолько велики, что их масса лишь немного не дотягивает до массы самых маленьких звёзд. Этого небольшого дефицита достаточно для того, чтобы здесь не началась спонтанная реакция ядерного синтеза. Астрономы называют их «коричневыми карликами» и относят к классу субзвёздных объектов.

Многие такие объекты продолжают сжиматься под воздействием собственной массы, и это объясняет, почему они выделяют собственное тепло. Согласно журналу «The Astrophysical Journal», масса планеты, о которой мы говорим сегодня, генерирует довольно приличное давлени, в связи с чем температура на поверхности планеты достигает 825°C.

А Вы смотрели: Как будут выглядеть инопланетяне?

SIMP J01365663+0933473, именно так называется эта сирота, обнаружена с помощью VLA в 2020 году, причём одновременно с четырьмя другими подобными объектами. Сначала считалось, что она массивная и старая, но в результате отдельного исследования выяснился примечательный факт. Оказалось, что это очень молодой по космическим меркам объект – ему всего 200 миллионов лет, в то время как обычный возраст небесных тел составляет несколько миллиардов. И он сильно уступает в размерах другим коричневым карликам. Его масса в 12,7 раза больше массы Юпитера, но этого достаточно лишь для того, чтобы оказаться на самой границе между газовым гигантом и коричневым карликом.

Высокий магнетизм коричневого карлика

Недостаток массы сирота вполне компенсирует сногсшибательным магнитным полем. Земля является обладательницей этой весьма полезной для неё «подушки безопасности» благодаря турбулентности и конвекции внутри богатого железом и жидкого внешнего ядра. Магнитное поле Юпитера в 20 000 раз сильнее земного. Здесь нет жидкого железа, зато есть огромное количество водорода и гигантское давление, превращающее то, что у нас известно в виде газа, в металл.

Исследование, проведенное Калифорнийским технологическим институтом, показало, что магнитное поле SIMP J01365663+0933473 в 200 раз сильнее, чем у Юпитера. Оно, по всей видимости, генерируется движением заряженных частиц во внутренних слоях планеты, то есть по тому же принципу, что у нашего Солнца.

Блуждающая планета

Как и другие коричневые карлики, не имеющие звезды, наша сегодняшняя сирота выдаёт мощную авроральную радиосигнатуру, благодаря которой она, собственно, и была обнаружена. Полярные сияния, независимо от того, где они находятся, требуют для своего образования не только магнитного поля, но и солнечного ветра – потока заряженных частиц. В этой связи непонятно, почему коричневые карлики генерируют собственные полярные сияния. Предполагается, что тут определённую роль может играть межзвездный газ. Также возможно, что необходимый поток частиц дают небесные тела, вращающиеся вокруг них, как это происходит, допустим, в случае с Юпитером и его спутником Ио. В любом случае, это одна из тех загадок, которые учёным только предстоит разрешить. Чем они, в принципе, и занимаются по роду своей деятельности.

Поделиться ссылкой:

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.

Плотность бурого карлика оказалась необъяснимо высокой

Французские астрономы, обрабатывающие данные с исследовательского спутника CoRoT, объявили об обнаружении сразу трёх, а возможно, и четырёх объектов, обращающихся вокруг нормальных звёзд. Два из них – обычные «горячие юпитеры» CoRoT-Exo-4b и CoRoT-Exo-5b. Их массы составляют 70% и 90% массы крупнейшей планеты Солнечной системы Юпитера, а вокруг своих звёзд, которые немногим больше Солнца, эти гиганты обращаются всего за 9 и 4 дня, соответственно; Юпитеру, чтобы обежать Солнце, требуется 12 лет.

Учёные также осторожно заявляют о возможности обнаружения планеты радиусом всего в 1,7 радиусов Земли; сигнал от неё – это крохотное ослабление блеска звезды на 0,05% – недостаточно силён для уверенных заявлений на этот счёт, потому пока обозначение внесолнечной планете не присваивается.

Однако наибольший интерес вызывает четвертый достоверно обнаруженный объект – CoRoT-Exo-3b.

Будучи по массе промежуточным звеном между планетами и звёздами, объект слишком мал, чтобы быть одним из бурых, или коричневых, карликов, считающихся основным типом объектов с такими массами. Согласно сообщению

Европейского космического агентства, доклад об обнаружении CoRoT-Exo-3b был представлен на проходящей сейчас в Гарварде конференции по поиску экзопланет транзитным методом.

Спутник CoRoT,

запущенный с Байконура в конце 2006 года и проработавший уже более 500 дней, к настоящему моменту наджно обнаружил ещ две экзопланеты… →
Как рассказала

в своём докладе на конференции Анни Баглен из Парижской обсерватории, CoRoT-Exo-3b обращается вокруг слабенькой звездочки 13-й звёздной величины, идентифицируемой в эксперименте как CoRoT-Exo-3. На деле она немного ярче, горячей и массивнее Солнца, только находится примерно в 2 тысячах световых лет от нашей звёздной системы.

Необычный объект обращается вокруг неё за 4,25 земных дня по почти круговой орбите радиусом около 7,5 миллиона километров и при массе 20,2 масс Юпитера (около 2% солнечной) имеет диаметр лишь около 0,8–0,9 юпитерианских. Средняя температура поверхности CoRoT-Exo-3b при такой близости к центральной звезде должна быть около 2 200 градусов по шкале Цельсия – если, конечно, у него нет внутренних источников энергии.

При этом средняя плотность CoRoT-Exo-3b составляет около 45 граммов на кубический сантиметр, что вдвое превосходит плотность платины, в 2,5 раза – урана и в 4 раза больше плотности свинца.

Средняя плотность Земли – чуть больше 5 граммов на кубический сантиметр3, а Солнца – немногим больше 1 г/см3.

Однако дело даже не просто в большом значении плотности – в конце концов, кубический сантиметр вещества белых карликов весит тонны, а нейтронных звёзд – миллиарды тонн. Для бурых карликов такая величина также не является беспрецедентной. Однако она слишком велика для бурого карлика той массы, что измерена для CoRoT-Exo-3b.

Предел Кумара

минимальная масса звезды, в недрах которой может зажечься реакция превращения основного изотопа водорода – протия в гелий. Как правило… →
Бурыми карликами называют объекты, похожие на звёзды, но масса которых не превосходит предел Кумара, составляющий около 7% массы Солнца. Такие объекты никогда не смогут стать «настоящими» звёздами, так как давление вырожденного электронного газа в центре звезды останавливает сжатие прежде, чем температура и плотность в центре достигнут значений, необходимых для начала тех ядерных реакций, что поддерживают светимость Солнца. В таких звёздах, как в водородной бомбе, может некоторое время «гореть» дейтерий, однако добиться самоподдерживающегося термоядерного синтеза гелия из основного изотопа водорода не получится.

Из-за того же вырождения газа в ядре все бурые карлики имеют примерно одинаковый радиус, близкий к радиусу Юпитера, который к тому же немногим меньше у более массивных объектов (примерно на 10% для карликов с массой на пределе Кумара). Поэтому плотность таких объектов изменяется почти пропорционально их массе. Несложно подсчитать, что плотность CoRoT-Exo-3b должна составлять около 25–30 граммов на кубический сантиметр. В реальности она в полтора раза больше, что и заставляет учёных говорить об объекте «неизвестной природы».

Вместе с тем следует понимать, что теорию, с расчётами которой расходятся данные по этому объекту, до сих пор не удавалось достаточно точно протестировать наблюдательными данными: в большинстве случаев учёным были недоступны точные данные одновременно о массе и радиусе объектов. И лишь будущее покажет, ошибочна ли эта теория или мы действительно имеем дело с каким-то необычным объектом.

Интересные факты о коричневых карликах

Коричневый карлик — это объект, имеющий массу от 13 до 90 масс Юпитера. Коричневый карлик считается промежуточным звеном между газовыми планетами и маленькими звездами. Объекты под нижней границей массы считаются субкоричневыми карликами, а те, кто превосходит указанный предел, становятся наименее массивными звездами, относящимися к легким красным карликам. Масса коричневых карликов слишком низкая для того, чтобы они могли поддерживать термоядерные реакции в их ядрах, как это происходит с обычными звездами, поэтому их иногда называют «неудавшимися звездами». Маленькие и тусклые, коричневые карлики с трудом поддаются обнаружению.

Коричневые карлики в действительности не коричневые

Все звезды классифицируются по их спектральным классам. Вопреки своему названию, коричневые карлики не являются коричневыми. Они разделены на четыре спектральных класса: типы M, L, T и Y и имеют большое количество цветов, по большей части невидимых для человеческого глаза. Тем не менее коричневые карлики могут испускать видимый свет, который будет скорее пурпурным или красновато-оранжевым.

Первый коричневый карлик был обнаружен только в 1995 году

Существование коричневых карликов было предсказано еще в 1960-е годы. Первый подтвержденный коричневый карлик, которого назвали Тейде 1, расположенный в кластере Плеяд, был найден в 1995 году благодаря присутствию лития в его спектре на длине волны в 670,8 нанометра.

На некоторых коричневых карликах может идти дождь из расплавленного железа

Исследования изменения свечения коричневых карликов показали, что на половине из них имеют место в атмосфере шторма размером с Землю. Но штормовые облака, в отличие от земных, состоят из железа и различных силикатов в газовом состоянии. Когда позволяют обстоятельства, железо и силикаты конденсируются и выпадают на поверхность в виде жидкого железа и песка тяжелым дождем.

Все коричневые карлики примерно одного размера

Процессы, удерживающие коричневых карликов от гравитационного коллапса, приводят к тому, что коричневые карлики не могут быть в размерах больше Юпитера. В действительности коричневые карлики различаются в размерах самое большее на 10-15 процентов, поэтому бывает затруднительно отличить их от крупных планет.

Многие коричневые карлики являются источниками рентгеновского излучения

Несмотря на низкие температуры, коричневые карлики нередко производят сильное излучение в рентгеновском диапазоне. Ученые считают, что энергетическим источником этого излучения являются сильные магнитные поля, производимые процессами кипения и конвекции в подповерхностных районах. Подповерхностные вспышки пробиваются сквозь поверхность и создают электрические потоки, которые разряжаются на манер молний и производят вспышку рентгеновского излучения.

Фото: newsbeezer.com

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: