Коричневые карлики: небесные объекты, которые не являются ни звездами, ни планетами

15.09.2023
0
12 мин
374
Коричневые карлики: небесные объекты, которые не являются ни звездами, ни планетами

Здравствуйте, друзья!

Эта статья будет посвящена коричневым карликам.

Коричневый карлик — астрономический объект, который не является звездой, но и не планета.

Он недостаточно массивен, чтобы быть звездой, способной поддерживать синтез водорода.

Однако он также намного больше крупнейших планет-гигантов.

Из-за этого коричневые карлики часто называют «неудавшимися звездами».

Коричневые карлики

Факты и особенности коричневых карликов

Давайте начнем с нескольких интересных фактов о коричневых карликах!

  • Коричневые карлики считаются субзвездами или субзвездными объектами. Их масса всего лишь примерно в 0,075 раза превышает массу Солнца, и они недостаточно массивны, чтобы синтезировать водород в своих ядрах;
  • Коричневые карлики намного крупнее крупнейших газовых гигантов, поэтому их также нельзя считать планетами. Их массы колеблются от 13 до 80 Юпитеров;
  • Коричневые карлики начинаются с того же процесса формирования, что и звезды. Они также окружены протопланетными дисками. Однако они отличаются от звезд главной последовательности тем, что никогда не доходят до стадии синтеза водорода;
  • Обнаружение коричневых карликов является довольно сложной задачей, поскольку эти объекты не генерируют собственную энергию. Коричневые карлики излучают очень мало видимого света, поэтому их обычно обнаруживают с помощью рентгеновских и инфракрасных лучей;
  • Первый подтвержденный коричневый карлик — Тейде 1. Он был открыт 14 сентября 1995 года группой испанских учёных;
  • Раньше коричневых карликов называли «черными карликами». Этот термин использовался в более широком смысле для темных субзвездных объектов в космосе. Американский астроном Джилл Тартер (Jill Tarter) ввела термин «коричневый карлик» в 1975 году, и с тех пор он прижился;
  • С точки зрения внешнего вида коричневые карлики совсем не выглядят коричневыми. Цвета этих объектов больше отражают их температуру: оттенки от темно-красного до пурпурного;
  • Некоторые коричневые карлики вращаются вокруг звезды так же, как и планеты. Некоторые из них находятся в двойных системах, а другие беззвёздны — они блуждают в одиночестве в космосе;
  • По оценкам, в галактике Млечный Путь насчитывается по меньшей мере 25 миллиардов коричневых карликов. На данный момент мы идентифицировали только около 3000 из них.

Что такое коричневые карлики?

Что такое коричневые карлики?

Коричневые карлики — уникальные объекты, имеющие собственную категорию.

Хотя они начинаются точно так же, как звезды, они не превращаются полностью в одно целое.

Они могут иметь планетарный вид, но также не считаются планетами.

Коричневые карлики называют «неудавшимися звездами», потому что они не достигают стадии термоядерного синтеза водорода в своих ядрах.

Объекты из звездных дисков становятся настоящими звездами, когда они, наконец, воспламеняются путем превращения водорода в гелий в своих ядрах.

К этому времени их будут называть звездами главной последовательности.

По данным Международного астрономического союза (МАС), самые маленькие коричневые карлики примерно в 13 раз массивнее Юпитера.

Объекты уже могут синтезировать дейтерий с этой массой, но не синтезировать водород.

Для поддержания синтеза водорода необходимо минимум примерно 80 Юпитеров — объекты с такой массой являются красными карликами, самыми маленькими звездами.

Идентификация коричневых карликов

Помимо их низкой массы, мы также можем идентифицировать коричневых карликов на основе процесса их образования.

Эти объекты рождаются точно так же, как звезды, формирующиеся из звездных питомников.

Это определенно не планетарные объекты, поскольку планеты рождаются из аккреционных дисков вокруг звезды.

Хотя их называют «коричневыми карликами», цвета этих объектов на самом деле не коричневые. Они бывают разных цветов: от красного до пурпурного.

Некоторые коричневые карлики вращаются вокруг звезды, как и планеты.

Однако некоторые из них находятся в двоичной системе.

Как и двойные звезды, двойные коричневые карлики вращаются вокруг друг друга.

Кроме того, существуют еще беззвездные коричневые карлики.

Как следует из названия, это изолированные коричневые карлики, которые путешествуют в космосе в одиночку.

Точно так же, как планеты-изгои — объекты размером с планету, не связанные ни с одной звездой.

Почему их называют коричневыми карликами?

Почему их называют коричневыми карликами?

Существование коричневых карликов впервые было высказано астрономом Шивом С. Кумаром (Shiv S. Kumar) в 1960-х годах.

Он назвал их «черными карликами», поскольку представлял их как темные объекты, не питающиеся за счет термоядерного синтеза водорода.

В 1975 году американский астроном Джилл Тартер предложила назвать эти субзвездные объекты «коричневыми карликами».

Это сделано во избежание путаницы, поскольку холодные белые карлики еще называют «черными карликами».

Ни один белый карлик еще не остыл полностью, поэтому черные карлики все еще являются теоретическими объектами.

Название «коричневый карлик» не описывает внешний вид этих несостоявшихся звезд.

По цвету они кажутся от темно-красного до пурпурного.

Однако термин «красный карлик» уже используется для обозначения самых холодных звезд, синтезирующих водород.

При этом название «коричневый карлик» остается.

Коричневые карлики против красных карликов против белых карликов против черных карликов

Коричневые карлики иногда путают с красными и белыми карликами из-за их названий.

Однако это три совершенно разных объекта.

Чтобы избежать путаницы, красные и белые карлики — звезды, а коричневые — нет.

  • Коричневые карлики – субзвездные объекты, масса которых недостаточна для обеспечения реакции синтеза водорода в ядре;
  • Красные карлики – самые маленькие, крутые и наиболее распространенные звезды Млечного Пути. Характеристики некоторых красных карликов совпадают с коричневыми карликами. Однако красные карлики отличаются тем, что эти звезды главной последовательности питаются за счет термоядерного синтеза водорода;
  • Белые карлики – очень плотные объекты, являющиеся остатками ядер красных гигантов. Белый карлик — это то, что осталось после того, как старые звезды сбросили свои внешние слои. Он представляет собой последние стадии жизни звезд средней и малой массы. Его еще называют дегенеративным карликом;
  • Черные карлики – остывшие остатки белых карликов. Это все еще теоретический остаток, поскольку ни один белый карлик еще не достиг этой стадии. Возраст Вселенной составляет 13,77 миллиарда лет, а белым карликам требуется больше времени, чтобы стать черными карликами.

Жизненный цикл коричневых карликов

Жизненный цикл коричневых карликов

Звезды и коричневые карлики имеют общий жизненный цикл, по крайней мере, вначале.

Жизнь звезды начинается в большом облаке газа и пыли.

Эти облака собираются вместе под действием гравитации, и со временем рождается протозвезда.

Протозвезда похожа на скопление молекул, которое теплее остальной части облака.

Кроме того, она все еще находится на стадии набора массы из своего родительского облака.

Когда объект нагревается, в его ядре загорается ядерный синтез.

К этому времени это уже звезда главной последовательности.

Она работает за счет преобразования водорода в гелий.

Существует два типа звезд главной последовательности: массивные и средней/малой массы.

Каждый из этих типов пройдет разные этапы своей звездной жизни.

Остатки

Массивные звезды главной последовательности станут красными сверхгигантами и могут оставить после себя черную дыру в качестве остатка.

Между тем, звезды малой массы, такие как Солнце, выйдут на стадию красных гигантов позже.

После смерти он оставит после себя белого карлика.

Некоторые протозвезды не развиваются дальше на стадию главной последовательности.

Хотя они могут сжигать дейтерий, они не сжимаются дальше, чтобы запустить синтез водорода.

Они становятся стабильными и не развиваются в звезды.

Вместо этого эти несостоявшиеся звезды становятся коричневыми карликами.

Дейтерий заставляет коричневых карликов сиять на ранних этапах их жизни.

Однако это длится недолго, поэтому у них низкая светосила. Они светят максимум около 10 миллионов лет.

После того как коричневые карлики расходуют дейтериевое топливо, они становятся невидимыми для оптических телескопов.

Итак, лучший способ обнаружить эти объекты — использовать инфракрасные волны.

Они также могут быть отличными радиоизлучателями из-за своих сильных магнитных полей.

Тепло будет продолжать покидать коричневые карлики, поскольку у них больше нет механизма подпитки.

Это будет продолжаться по мере того, как они медленно разрушаются под их весом.

В конце концов, коричневые карлики превратятся в не что иное, как темные шары, плавающие в космосе.

Почему коричневые карлики вообще не звезды?

Почему коричневые карлики вообще не звезды?

Коричневые карлики не считаются звездами, поскольку они не генерируют энергию за счет синтеза водорода, как это делают звезды. Масса объекта играет в этом важную роль.

Звезды и коричневые карлики рождаются из облаков газа и пыли.

Эта пыль со временем накапливается и под действием силы тяжести разрушается сама в себя.

Этот коллапс нагревает звезду изнутри, вызывая реакции термоядерного синтеза в ее ядре.

В первые несколько миллионов лет своей жизни и звезды, и коричневые карлики генерируют энергию, сжигая дейтерий в своих недрах.

Редкий элемент дейтерий — это не водород, а его изотоп. Его еще называют «тяжелым водородом».

Из-за сгорания дейтерия звезды продолжают сжиматься, пока не станут все горячее и горячее, чтобы синтезировать водород.

Это механизм, который заставляет звезды сиять.

Однако коричневые карлики достигают стабильного состояния и не сжимаются дальше.

Хотя самые массивные коричневые карлики могут начать синтез водорода, в конечном итоге они стабилизируются и перестают синтезировать водород.

В максимуме масса газового гиганта может быть примерно в 13 раз больше массы Юпитера.

Объекты с массой больше этой могут сжигать дейтерий внутри

.

В целом коричневые карлики имеют массу от 13 до 80 Юпитеров.

Те, у кого масса Юпитера превышает 80, уже могут сжигать водород и поэтому считаются звездами.

Юпитер — несостоявшаяся звезда?

Юпитер — несостоявшаяся звезда?

Когда мы говорим о массе коричневых карликов, мы часто используем газовый гигант Юпитер.

Некоторые люди называют Юпитер «неудавшейся звездой», потому что он состоит из тех же элементов, из которых состоит Солнце — водорода и гелия.

Однако состав Солнца – не единственное, что делает его звездой.

Большую роль в этом играет его масса.

Хотя Юпитер очень велик по сравнению с другими планетами Солнечной системы, он все же очень мал по сравнению со звездами.

Самое главное, что Юпитер должен быть примерно в 75 раз массивнее своей нынешней массы, чтобы начать термоядерный синтез водорода в своем ядре.

Только тогда он станет звездой.

Характеристики коричневого карлика

Характеристики коричневого карлика

Масса

Масса коричневых карликов делает их отдельной классификацией.

Они тяжелее планет, но легче звезд.

В качестве ориентира мы можем использовать массу самой большой планеты Юпитера.

Чтобы легко запомнить, масса коричневого карлика примерно в 13–80 раз превышает массу Юпитера.

Цвет / Внешний вид

Звезды сияют, потому что их ядра питаются от ядерного синтеза.

Планеты, с другой стороны, отражают свет своих родительских звезд.

Коричневые карлики отличаются тем, что кажутся «светящимися».

Свечение коричневых карликов — это тепло, оставшееся от ранних стадий его жизни.

Он будет продолжать терять оставшееся тепло, пока не станет все тусклее и тусклее.

Цвет коричневых карликов кое-что говорит нам об их температуре.

Самые теплые из них кажутся оранжевыми или красными, а более холодные имеют более темные пурпурные оттенки.

Температура

Поскольку они не являются ни звездами, ни планетами, температура коричневых карликов также занимает промежуточное положение между самыми маленькими звездами и самыми большими планетами — газовыми гигантами.

Такие факторы, как возраст и масса коричневых карликов, влияют на их температуру.

Самые молодые из них являются также самыми массивными коричневыми карликами.

Их максимальная температура составляет 2800 К.

Это означает, что они могут быть такими же горячими, как звезды красных карликов, самые холодные звезды главной последовательности.

Следует отметить, что температура поверхности красных карликов составляет около 2000–3500 К.

Однако коричневые карлики не сохраняют эту температуру, поскольку со временем остывают.

У самых старых и маленьких из них температура может достигать даже 300К.

Полосы облаков и сильные ветры

Полосы облаков и сильные ветры

Новые результаты показывают, что коричневые карлики на самом деле имеют экстремальную погодную систему, сравнимую с системой Юпитера, но гораздо более сильную.

Наблюдая за кандидатами в коричневые карлики, астрономы заметили изменения в инфракрасном излучении этих объектов.

Эпизоды просветления и затемнения, вероятно, были результатом непрозрачных облаков, окружающих более жаркую внутреннюю часть.

В 2013 году НАСА удалось создать карту погоды коричневого карлика.

С помощью космических телескопов «Хаббл» и «Спитцер» исследование показало управляемые ветром полосы крупных облаков в атмосфере коричневого карлика «2MASS J22282889–4310262».

В 2020 году в Лумане 16А (Luhman 16A) были обнаружены полосатые узоры облаков.

Это ближайший к Земле коричневый карлик, лежащий всего в 6,5 световых годах в созвездии Вела (Vela).

Для получения этих результатов астрономы использовали поляриметрию, и они уже опубликованы в «Астрофизическом журнале».

Классификация коричневых карликов

Классификация коричневых карликов

Коричневые карлики относятся к спектральным классам M, L, T и Y.

  • Спектральный класс М – они почти похожи на красные карлики. Их часто называют карликами позднего М, у них температура ниже 3500К. Их спектры состоят из оксида титана и оксида ванадия. Примером может служить молодой коричневый карлик Тейде 1 (Teide 1);
  • Спектральный класс L – в их спектрах присутствуют полосы гидридов металлов и щелочных металлов. Прототипом этого класса является «GD 165 B». Самые холодные карликовые звезды главной последовательности также принадлежат к этому спектральному классу. Диапазон температур составляет от 1300К до 2000К, они обычно красно-коричневые;
  • Спектральный класс T. Коричневые карлики этого спектрального класса кажутся пурпурными, и в их атмосферах преобладают полосы поглощения метана. Температура поверхности этих объектов колеблется от 700 до 1300 К. Глизе 229B (Gliese 229B) является прототипом этого класса;
  • Спектральный класс Y. В эту классификацию входят самые холодные коричневые карлики с температурой ниже 600К. В 2011 году широкоугольный инфракрасный исследовательский исследователь (WISE — Wide-field Infrared Survey Explorer) НАСА обнаружил шесть очень крутых Y-карликов. А в 2020 году был обнаружен «WISE J0830+2837». Это был первый Y-карлик, идентифицированный гражданскими учеными с Окраинных миров.

Иногда суб-коричневые карлики относят к категории Y-карликов.

Следует отметить, что суб-коричневые карлики формируются так же, как звезды и коричневые карлики, но они такие же массивные, как планеты.

Известные коричневые карлики

Тейде 1 (Teide 1)

Тейде 1 (Teide 1)

Тейде-1 был первым обнаруженным коричневым карликом.

Он расположен в 400 световых годах от нас в звездном скоплении Плеяды (Pleiades star cluster).

Открытие этого объекта в 1995 году стало первым убедительным свидетельством существования тогда еще теоретического класса коричневых карликов.

Тейде 1 имеет спектральный класс М8.

Он имеет примерно такой же радиус, как Юпитер, но примерно в 57 раз массивнее.

Возраст этого коричневого карлика оценивается примерно в 129 миллионов лет.

Луман 16 (Luhman 16)

Луман 16 (Luhman 16)

Луман 16 — двойная система коричневых карликов.

Она расположена в 6,5 световых годах от нас в созвездии Вела.

Это одна из самых близких нам известных систем.

Luhman 16 A — коричневый карлик L-типа, а Luhman 16 B относится к спектральному классу T.

Главный компонент примерно в 35 раз массивнее Юпитера, а другой почти в 30 раз массивнее.

Они вращаются вокруг друг друга каждые 27 лет.

GD 165 B

GD 165 B

GD 165 B — коричневый карлик, вращающийся вокруг белого карлика GD 165 A.

Эта интересная система расположена примерно в 103 световых годах от нас в созвездии Волопаса (Boötes).

GD 165 B — первый коричневый карлик, обнаруженный в спектральном классе L.

Его масса составляет около 63 Юпитеров, а в его спектре нет лития.

Его температура составляет около 1750 К.

Глизе 229 B (Gliese 229 B)

Глизе 229 B (Gliese 229 B)

Глизе 229 B — коричневый карлик вокруг красного карлика.

Эта двойная система расположена примерно в 19 световых годах в созвездии Лепус (Lepus).

Gliese 229 B имеет температуру поверхности 950 К и, вероятно, уже давно израсходовал дейтериевое топливо.

Одновременно с этим вокруг красного карлика в системе были обнаружены кандидаты в экзопланеты.

Другие известные коричневые карлики
WISE 0855−0714 Самый холодный коричневый карлик (температура: от -48 до -13 °C).
COCONUTS-1B Самый старый (Возраст: ~7,3 миллиарда лет)
2MASS J04335245+2612548 Самый молодой (Возраст: менее 2 миллионов лет). Он является членом молекулярного облака Тельца.
TOI-569b Самый плотный (Плотность: 171,3 г/см3). Этот транзитный коричневый карлик был обнаружен в 2020 году спутником исследования транзитной экзопланеты (TESS).
2MASS J03480772−6022270 Самый быстрый период вращения (1,08 часа).

Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.

До скорых встреч! Заходите!

Средний балл: 0