Коричневый карлик: звезда или планета?

Терминология

Гном коричневый является трассировка на английском языке коричневый карлик — состоящий из коричневого ( «Brun (е)») и карликовых ( «карликовая (е)») — который был представлен в 1975 году на американский астроном Джилл Тартер .

Это название, эллипс «коричневый карлик», происходит от логики названий, данных звездам главной последовательности («карлики») в соответствии с их цветом (который зависит от их массы): желтые карлики (например, Солнце) , оранжевые карлики, затем красные карлики для менее массивных и, наконец, коричневые карлики для объектов еще меньшей массы.

Раньше для обозначения этих объектов использовалось несколько терминов, таких как планетар или субзвезда , уменьшительное от общего термина субзвездный объект или даже «черный карлик». Тем не менее, желательно отличать коричневые карлики от того, что сегодня называют черным карликом , очень разных объектов: черный карлик в некотором смысле является последней стадией белого карлика, а коричневый карлик — своего рода «неудавшаяся» звезда. , имеющий недостаточную массу для запуска или поддержания реакций ядерного синтеза, которые происходят в «настоящих» звездах.

Гелий — 3

Коричневый карлик вполне может быть классифицирован как просто странная разновидность очень больших планет. 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.

Характеристики

Коричневый карлик 2M1207 (в центре) и экзопланета, вращающаяся вокруг (слева).

Коричневые карлики имеют массу, которая находится между самыми массивными планетами и менее массивными звездами. Из — за этого масса слишком мала, температура и давление сердца не являются достаточными для поддержания реакций ядерного синтеза из водорода . Коричневый карлик может в какой-то момент успешно начать реакции синтеза, но так и не достигнет устойчивого состояния и закончится «тушением». В каком-то смысле это прерванная звезда. После того , как короткая фаза ядерных реакций закончена, излучаемое тепло от коричневого карлика происходит только от его гравитационного сжатия через на механизм Кельвина-Гельмгольца .

В целом считается, что коричневый карлик должен иметь массу более чем в 13 раз больше массы Юпитера , что является меньшей массой, при которой звезда может синтезировать дейтерий , и менее 0,07 солнечной массы, массы, выше которой происходят реакции синтеза ( водорода) может запуститься навсегда. [ исх.  желанный]

В качестве альтернативы было высказано предположение, что коричневый карлик отличается от планеты-гиганта по способу образования. Действительно, большинство коричневых карликов в одиночестве плавают в космосе . Это подтверждает, что они образуются как звезды, то есть в результате фрагментации молекулярного облака , а не как планеты, которые скорее рождаются в результате локального коллапса диска , находящегося вокруг звезды.

Открытие коричневого карлика, окруженного протопланетным диском (см. Cha 110913-773444 ), предполагает, что образование планет, естественных побочных продуктов звездообразования, также возможно вокруг коричневых карликов.

Называется коричневым карликом холод до 1000  ° C и горячей от 2000  ° C . Поскольку тепло, излучаемое коричневым карликом, является остатком его образования, молодой коричневый карлик будет довольно горячим, а затем медленно остывать во время своего существования. Более того, молодые коричневые карлики имеют температуру поверхности, аналогичную температуре поверхности менее массивных и старых звезд, и почти неотличимы от них. Только через несколько десятков или нескольких сотен миллионов лет (в зависимости от массы коричневого карлика) они достигают температуры самых холодных звезд (около 1800 К ). Когда коричневые карлики достигают возраста в миллиарды лет, температура их поверхности колеблется от 400 до 1000 К, что делает их на этом уровне мало отличными от некоторых сверхмассивных газовых гигантов .

Экзопланета

В году была открыта первая экзопланета, вращающаяся вокруг коричневого карлика на расстоянии около 170 световых лет от нас. Это планета 2M1207 b, вращающаяся вокруг 2M1207 . Масса этого тела оценивается от 3 до 10 масс Юпитера.

Действительно ли коричневые карлики создают свои планетные системы?

Впрочем, говорить том, что коричневые карлики действительно могут формировать собственные планетные системы подобно звездам, пока сложно.

Например, обнаруженные супер-Юпитеры планетарной массы 2M1207B и 2MASS J044144, которые вращаются вокруг коричневых карликов на больших орбитальных расстояниях, судя по всему вполне могут быть образованы посредством аккреции, а не из газопылевого облака, и поэтому вообще не являются в полной мере планетами, а скорее могут оказаться “субкоричневыми карликами”, т.е. “младшими братьями” центрального тела системы.

Первое открытие маломассивного спутника на орбите коричневого карлика (ChaHα8) при малом орбитальном расстоянии с помощью метода лучевых скоростей положило начало обнаружению планет вокруг коричневых карликов на орбитах в несколько астрономических единиц или меньше. Однако и тут нас ждало скорее не открытие, а повод подискутировать: соотношением масс между спутником и главным объектом ChaHα8 составило всего около 0,3, т.е. эта система больше напоминает не планетную систему, а двойную звезду.

Позже, в 2013 году, на орбите коричневого карлика был обнаружен первый компаньон планетарной массы с относительно малой орбитой. В 2015 году была найдена первая планета земной массы на орбите коричневого карлика, OGLE-2013-BLG-0723LBb, имеющая массу примерно как у Венеры.

Обнаруженные диски вокруг коричневых карликов имеют многие из тех же функций, что и диски вокруг звёзд. Таким образом, предполагается, что из них с течением времени всё же будут сформированы планеты, обращающиеся вокруг коричневых карликов. При этом, интересно, что учитывая малую массу дисков коричневых карликов, большинство планет будет планетами земной группы, а не газовыми гигантами.

Косвенным доказательством этому служит простой факт: если бы газовый гигант вращался вокруг коричневого карлика и последний лежал бы в плоскости его орбиты, то его легко было бы обнаружить транзитным методом, потому что они имеют примерно одинаковый диаметр. Зона аккреции для планет вокруг коричневого карлика расположена очень близко к самому коричневому карлику, поэтому приливные силы будут оказывать большое влияние на сформированные планеты.

Таким образом, сам по себе процесс формирования “настоящих” планет у “ненастоящих” звезд скорее всего в наше время уже является доказанным фактом. Планеты, вращающиеся вокруг коричневых карликов, скорее всего, будут каменистыми планетами, однако испытывающими серьезный дефицит воды. Исключение составляют сформированные на внешнем краю газопылевого диска планеты, которые в силу более низкой температуры аккреции теоретически могут сохранить часть воды в своём составе.

Идентификация

Двойная система коричневых карликов

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.

Определение возраста молодых звездных скоплений

Для звездных скоплений литиевый тест обеспечивает «побочный эффект» предела массы, до которого может быть обнаружен литий, и который называется границей истощения лития . По этой массе можно определить возраст кучи. Однако этот метод работает только в том случае, если скопление моложе примерно 250 миллионов лет, в противном случае предел массы постоянен и составляет 65 масс Юпитера.

Таким образом, в 1999 году возраст Плеяд был скорректирован в сторону увеличения более чем на 50 процентов и составил около 125 миллионов лет. Затем аналогичные поправки были внесены для других звездных скоплений, включая для группы α-Персея и IC 2391 . Хотя коричневых карликов будет трудно обнаружить на больших расстояниях, а литиевый тест можно использовать только для определения возраста очень молодых скоплений, этот метод все же позволяет очень хорошо откалибровать другие методы датирования .

история

В 1963 году Шив Кумар впервые предположил, что процесс звездообразования может также создавать объекты, которые из-за своей малой массы не будут достигать температуры, необходимой для синтеза водорода, но название коричневый карлик былопредложено Джилл Тартер только в 1975 году. Название на самом деле неверно, так как коричневые карлики тоже кажутся красными, но термин красный карлик уже был дан для самых легких звезд.

В 1980-х годах были предприняты различные попытки найти эти гипотетические тела, но только в 1995  году был однозначно обнаружен первый коричневый карлик Gliese 229 B. Решающие для этого было, с одной стороны, значительные успехи в чувствительности к телескопам , а с другой стороны, теоретические модели были также улучшены, что позволило лучше различать слабо сверкающие звезда. За несколько лет было обнаружено несколько сотен коричневых карликов, и число других возможных кандидатов также находится в этом диапазоне.

Два ближайших к Солнцу коричневых карлика образуют двойную систему Luhman 16 на расстоянии 6,6  световых лет (по состоянию на 2017 год).

Исследование коричневых карликов все еще находится в зачаточном состоянии, но уже внесло большой вклад в наши знания и понимание Вселенной, сопоставимое с открытием новых окон наблюдения или открытием других новых эффектов.

Коричневые карлики, обращающиеся вокруг звёзд[править | править код]

Подтверждённые коричневые карликиправить | править код

Список неполон.

Данные отсортированы по увеличению прямого восхождения родительской звезды. Коричневые карлики в системе отсортированы по увеличению периода обращения.

Звезда Созвездие Прямое восхожд. Склонение Вид. зв. вел. Расст., св. л. Спектр. класс Коричн. карлик Масса, MJ Радиус, RJ Период обращ., д Большая полуось, а. е. Орб. эксцент. , ° Год открытия
HD 8673 Андромеда 01ч 26м 09с +34° 34′ 47″ 6,31 124,75 F7V b 14 639 1,58 2005
HD 13189 Треугольник 02ч 09м 40с +32° 18′ 59″ 7,57 603,4 K2II b 14 471,6 1,85 0,28 2005
HD 18445 Печь 02ч 57м 13с –24° 58′ 30″ 7,78 83,92 K2V b 39 554,67 0,9 0,54 1991
BD−04°782 Эридан 04ч 15м 10с –04° 25′ 06″ 9,39 66,6 K5V b 21 240,92 0,7 0,28 1996
HD 283750 Телец 04ч 36м 48с +27° 08′ 00″ 8,42 53,81 K2V b 50 1,79 0,025 0,02 1996
HD 29587 Персей 04ч 41м 34с +42° 07′ 25″ 7,29 146,77 G2V b 40 1471,7 2,5 0,37 1996
HD 38529 A Орион 05ч 46м 34с +01° 10′ 05″ 5,94 138 G4IV c 37 2174,3 3,68 0,36 160 2002
HD 41004 B Живописец 05ч 59м 50с –48° 14′ 23″ 12,33 139 M2 b 18,4 1,3283 0,0177 0,081 2004
Глизе 229 Заяц 06ч 10м 35с –21° 51′ 42″ 8,14 19 M1V B 40 200 лет 40 1995
HD 43848 Голубь 06ч 16м 31с −40° 31′ 55″ 8,65 120,84 G0V b >25 2371 3,4 0,69 2008
AB Живописца Живописец 06ч 19м 12с –58° 03′ 15″ 9,16 149 K2V b 13,5 275 2005
τ Близнецов Близнецы 07ч 11м 08с +30° 14′ 43″ 4,40 302 K2III b 18,1 305 2004
G 196-3 Большая Медведица 10ч 04м 22с +50° 23′ 23″ 11,77 >50,2 M2,5 b 25 300 1998
HD 89707 Гидра 10ч 20м 50с –15° 28′ 48″ 7,19 81,54 G1V b 54 298,25 0,95 1991
CT Хамелеона Хамелеон 11ч 04м 09с –76° 27′ 19″ 12,36 538 K7 b 17 2,2 440 2008
ChaHα8 Хамелеон 11ч 07м 48с −77° 40′ 08″ 20,1 522 M6,5 b 18 1590,9 1 0,49 2007
HD 98230 Большая Медведица 11ч 18м 12с +31° 32′ 15″ 4,73 25,11 F8,5V b 37 3,98 0,06 1931
CD−33°7795 Гидра 11ч 31м 55с –34° 36′ 17″ 11,37 163,08 M1 b 20 100 1998
NGC 4349-127 Южный Крест 12ч 24м 08с −61° 52′ 18″ 7,4 7097 MIII? b 19,8 677,8 2,38 0,19 2007
HD 110833 Гончие Псы 12ч 44м 16с +51° 45′ 40″ 7,04 55,44 K3V b 17 270,04 0,8 0,69 1996
HW Девы Дева 12ч 44м 20с −08° 40′ 17″ 10,9 590 sdB+M b 19,23 5786 5,30 0,46 2008
HD 112758 Дева 12ч 59м 03с –09° 50′ 03″ 7,56 53,81 K0V b 35 103,22 0,35 0,16 1996
HD 131664 Райская Птица 15ч 00м 06с −73° 32′ 07″ 8,13 180,8 G3V b 18,15 1951 3,17 0,638 2008
HD 140913 Северная Корона 15ч 45м 07с +28° 28′ 12″ 8,07 156,42 G0V b 46 147,94 0,54 0,61 1996
GQ Волка Волк 15ч 49м 12с –35° 39′ 03″ 11,4 400 K7eV b 1—42 1,8 103 2005
UScoCTIO 108 Скорпион 16ч 05м 54с –18° 18′ 43″ 473 M7 b 14 670 2007
HD 162020 Скорпион 17ч 50м 38с –40° 19′ 06″ 9,18 101,95 K2V b 13,73 8,428198 0,072 0,277 2000
ν Змееносца Змееносец 17ч 59м 01с −09° 46′ 25″ 3,33 152,8 K0III b 21,9 536 2004
HD 164427 Телескоп 18ч 04м 43с −59° 12′ 35″ 6,89 127,52 G4IV b 46 108,55 0,46 0,55 2000
HD 168443 Змея 18ч 20м 04с –09° 35′ 34″ 6,92 123,5 G5 c 34 1739,5 2,87 0,228 150 2001
SCR 1845-6357 Павлин 18ч 45м 03с −63° 57′ 48″ 17,4 12,57 M8,5V b 9—65 4,5 2006
COROT-Exo-3 Орёл 19ч 28м 13с +00° 07′ 19″ 13,3 2220 G0V b 21,66 1,01 4,2568 0,057 85,9 2008
15 Стрелы Стрела 20ч 04м 06с +17° 04′ 13″ 5,80 57,7 G1V B 65 14 2002
HD 202206 Козерог 21ч 14м 58с –20° 47′ 20″ 8,08 151,14 G6V b 17,4 255,87 0,83 0,435 2000
Вольф 940 Водолей 21ч 46м 40с –00° 10′ 25″ 39,9 M3,5V b 20 18000 лет 400 2009
ε Индейца Индеец 22ч 03м 22с –56° 47′ 09″ 4,69 11,8 K5V Bb 28 15 лет 2,65 2003
ε Индейца Индеец 22ч 03м 22с –56° 47′ 09″ 4,69 11,8 K5V Ba 47 1459 лет 2003
HD 217580 Водолей 23ч 01м 52с –03° 50′ 55″ 7,46 58,7 K4V b 60 454,66 1 0,52 1994

Неподтверждённые коричневые карликиправить | править код

Список неполон.

Данные отсортированы по увеличению прямого восхождения родительской звезды. Коричневые карлики в системе отсортированы по увеличению периода обращения.

Звезда Созвездие Прямое восхожд. Склонение Вид. зв. вел. Расст., св. л. Спектр. класс Коричн. карлик Масса, MJ Радиус, RJ Период обращ., д Большая полуось, а. е. Орб. эксцент. , ° Год открытия
Глизе 22 B Кассиопея 00ч 32м 27с +67° 14′ 09″ 10,38 326 M2,5V b 16 ~5500 2008
HD 3346 Андромеда 00ч 36м 46с +44° 29′ 19″ 5,16 655,58 K5III c 60 650 2,5 1996
OGLE-TR-109 Киль 10ч 53м 41с –61° 25′ 15″ 15,8 8450 b <14 0,9 0,589128 0,016 77 2002
HD 100546 Муха 11ч 33м 25с –70° 11′ 41″ 6,70 337,25 B9Vne b 20 6,5? 2005
HD 104304 Дева 12ч 00м 44с −10° 26′ 46″ 5,54 42,1 G9 b 17,2 2752 0,38 2007
CM Дракона Дракон 16ч 34м 27с +57° 09′ 00″ 12,90 48 M4 b 64 73 0,27 1998

Коричневые карлики, обращающиеся вокруг звёзд

Подтверждённые коричневые карлики

Список неполон.

Данные отсортированы по увеличению прямого восхождения родительской звезды. Коричневые карлики в системе отсортированы по увеличению периода обращения.

Звезда Созвездие Прямое восхожд. Склонение Вид. зв. вел. Расст., св. л. Спектр. класс Коричн. карлик Масса, MJ Радиус, RJ Период обращ., д Большая полуось, а. е. Орб. эксцент. , ° Год открытия
HD 8673 Андромеда 01ч 26м 09с +34° 34′ 47″ 6,31 124,75 F7V b 14 639 1,58 2005
HD 13189 Треугольник 02ч 09м 40с +32° 18′ 59″ 7,57 603,4 K2II b 14 471,6 1,85 0,28 2005
HD 18445 Печь 02ч 57м 13с –24° 58′ 30″ 7,78 83,92 K2V b 39 554,67 0,9 0,54 1991
BD−04°782 Эридан 04ч 15м 10с –04° 25′ 06″ 9,39 66,6 K5V b 21 240,92 0,7 0,28 1996
HD 283750 Телец 04ч 36м 48с +27° 08′ 00″ 8,42 53,81 K2V b 50 1,79 0,025 0,02 1996
HD 29587 Персей 04ч 41м 34с +42° 07′ 25″ 7,29 146,77 G2V b 40 1471,7 2,5 0,37 1996
HD 38529 A Орион 05ч 46м 34с +01° 10′ 05″ 5,94 138 G4IV c 37 2174,3 3,68 0,36 160 2002
HD 41004 B Живописец 05ч 59м 50с –48° 14′ 23″ 12,33 139 M2 b 18,4 1,3283 0,0177 0,081 2004
Глизе 229 Заяц 06ч 10м 35с –21° 51′ 42″ 8,14 19 M1V B 40 200 лет 40 1995
HD 43848 Голубь 06ч 16м 31с −40° 31′ 55″ 8,65 120,84 G0V b >25 2371 3,4 0,69 2008
AB Живописца Живописец 06ч 19м 12с –58° 03′ 15″ 9,16 149 K2V b 13,5 275 2005
τ Близнецов Близнецы 07ч 11м 08с +30° 14′ 43″ 4,40 302 K2III b 18,1 305 2004
G 196-3 Большая Медведица 10ч 04м 22с +50° 23′ 23″ 11,77 >50,2 M2,5 b 25 300 1998
HD 89707 Гидра 10ч 20м 50с –15° 28′ 48″ 7,19 81,54 G1V b 54 298,25 0,95 1991
CT Хамелеона Хамелеон 11ч 04м 09с –76° 27′ 19″ 12,36 538 K7 b 17 2,2 440 2008
ChaHα8 Хамелеон 11ч 07м 48с −77° 40′ 08″ 20,1 522 M6,5 b 18 1590,9 1 0,49 2007
HD 98230 Большая Медведица 11ч 18м 12с +31° 32′ 15″ 4,73 25,11 F8,5V b 37 3,98 0,06 1931
CD−33°7795 Гидра 11ч 31м 55с –34° 36′ 17″ 11,37 163,08 M1 b 20 100 1998
NGC 4349-127 Южный Крест 12ч 24м 08с −61° 52′ 18″ 7,4 7097 MIII? b 19,8 677,8 2,38 0,19 2007
HD 110833 Гончие Псы 12ч 44м 16с +51° 45′ 40″ 7,04 55,44 K3V b 17 270,04 0,8 0,69 1996
HW Девы Дева 12ч 44м 20с −08° 40′ 17″ 10,9 590 sdB+M b 19,23 5786 5,30 0,46 2008
HD 112758 Дева 12ч 59м 03с –09° 50′ 03″ 7,56 53,81 K0V b 35 103,22 0,35 0,16 1996
HD 131664 Райская Птица 15ч 00м 06с −73° 32′ 07″ 8,13 180,8 G3V b 18,15 1951 3,17 0,638 2008
HD 140913 Северная Корона 15ч 45м 07с +28° 28′ 12″ 8,07 156,42 G0V b 46 147,94 0,54 0,61 1996
GQ Волка Волк 15ч 49м 12с –35° 39′ 03″ 11,4 400 K7eV b 1—42 1,8 103 2005
UScoCTIO 108 Скорпион 16ч 05м 54с –18° 18′ 43″ 473 M7 b 14 670 2007
HD 162020 Скорпион 17ч 50м 38с –40° 19′ 06″ 9,18 101,95 K2V b 13,73 8,428198 0,072 0,277 2000
ν Змееносца Змееносец 17ч 59м 01с −09° 46′ 25″ 3,33 152,8 K0III b 21,9 536 2004
HD 164427 Телескоп 18ч 04м 43с −59° 12′ 35″ 6,89 127,52 G4IV b 46 108,55 0,46 0,55 2000
HD 168443 Змея 18ч 20м 04с –09° 35′ 34″ 6,92 123,5 G5 c 34 1739,5 2,87 0,228 150 2001
SCR 1845-6357 Павлин 18ч 45м 03с −63° 57′ 48″ 17,4 12,57 M8,5V b 9—65 4,5 2006
COROT-Exo-3 Орёл 19ч 28м 13с +00° 07′ 19″ 13,3 2220 G0V b 21,66 1,01 4,2568 0,057 85,9 2008
15 Стрелы Стрела 20ч 04м 06с +17° 04′ 13″ 5,80 57,7 G1V B 65 14 2002
HD 202206 Козерог 21ч 14м 58с –20° 47′ 20″ 8,08 151,14 G6V b 17,4 255,87 0,83 0,435 2000
Вольф 940 Водолей 21ч 46м 40с –00° 10′ 25″ 39,9 M3,5V b 20 18000 лет 400 2009
ε Индейца Индеец 22ч 03м 22с –56° 47′ 09″ 4,69 11,8 K5V Bb 28 15 лет 2,65 2003
ε Индейца Индеец 22ч 03м 22с –56° 47′ 09″ 4,69 11,8 K5V Ba 47 1459 лет 2003
HD 217580 Водолей 23ч 01м 52с –03° 50′ 55″ 7,46 58,7 K4V b 60 454,66 1 0,52 1994

Неподтверждённые коричневые карлики

Список неполон.

Данные отсортированы по увеличению прямого восхождения родительской звезды. Коричневые карлики в системе отсортированы по увеличению периода обращения.

Звезда Созвездие Прямое восхожд. Склонение Вид. зв. вел. Расст., св. л. Спектр. класс Коричн. карлик Масса, MJ Радиус, RJ Период обращ., д Большая полуось, а. е. Орб. эксцент. , ° Год открытия
Глизе 22 B Кассиопея 00ч 32м 27с +67° 14′ 09″ 10,38 326 M2,5V b 16 ~5500 2008
HD 3346 Андромеда 00ч 36м 46с +44° 29′ 19″ 5,16 655,58 K5III c 60 650 2,5 1996
OGLE-TR-109 Киль 10ч 53м 41с –61° 25′ 15″ 15,8 8450 b <14 0,9 0,589128 0,016 77 2002
HD 100546 Муха 11ч 33м 25с –70° 11′ 41″ 6,70 337,25 B9Vne b 20 6,5? 2005
HD 104304 Дева 12ч 00м 44с −10° 26′ 46″ 5,54 42,1 G9 b 17,2 2752 0,38 2007
CM Дракона Дракон 16ч 34м 27с +57° 09′ 00″ 12,90 48 M4 b 64 73 0,27 1998

Различные типы коричневых карликов

Художественный портрет коричневого карлика типа «L».

Художественный портрет коричневого карлика типа «Т».

Художественный слепок коричневого карлика типа «Y».

Коричневые карлики подразделяются на несколько спектральных типов  :

M Карлики  : Спектральный тип самых горячих коричневых карликов и звезд очень малой массы, красных карликов .

L-  карлики: мы знаем несколько сотен L-карликов, они представляют спектроскопические признаки пылинок в своей атмосфере и, кажется, имеют цикл дождя с их пылинками (оксидами металлов).

Карлик Т  : их поверхности температура ниже 1200 К . Нам известно около 60 T карликов (ноябрь 2005 г. ), большинство из которых находятся в непосредственной близости от Солнца . Т — карлики имеют сильные спектральные подписи из метана и окиси углерода . Самый холодный из известных Т-карликов имеет температуру 750 К (~ 480  ° C ).

Карлики Y  : они демонстрируют (поверхностную) температуру порядка 500 K (~ 230  ° C ) и спектроскопические характеристики аммиака . Первый Y-карлик (CFBDS0059) наблюдался в 2008 году с помощью телескопа Канада-Франция-Гавайи (CFHT). Коричневый карлик У холодного будучи обнаружено, МУДРЫМ 0855-0714 , имеет температуру поверхности между 225 и 260  K .

Открытие

К началу 30-х гг. XX в. в общих чертах сложилась теория внутреннего строения звезд. Задавая массу звезды и ее химический состав, теоретики могли рассчитать все наблюдаемые характеристики звезды — ее светимость, радиус, температуру поверхности и т. д. Однако эту стройную картину нарушала невзрачная звездочка 40 Эридана В, открытая английским астрономом Вильямом Гершелем в 1783 г. Для своей высокой температуры она имела слишком небольшую светимость, а следовательно, слишком малые размеры. С точки зрения классической физики это не поддавалось объяснению. Спустя некоторое время были найдены и другие необычные звезды. Самым знаменитым из этих открытий стало открытие Сириуса В — невидимого спутника самой яркой звезды — Сириуса. Астроном Фридрих Вильгельм Бессель (немецкий математик и астроном), наблюдая за Сириусом, обнаружил, что он движется не по прямой, а «слегка по синусоиде». Примерно десять лет наблюдений и размышлений привели Бесселя к выводу, что рядом с Сириусом находится вторая звезда, оказывающая на него гравитационное воздействие.

Предсказание Бесселя подтвердились после того, как А. Кларк в 1862 г. сконструировал телескоп с объективом диаметром 46 см, на тот момент самый большой телескоп в мире. Для проверки качества линзы его направили на Сириус — самую яркую звезду. В поле зрения телескопа появилась еще одна звезда, неяркая, которую и предсказывал Бессель.

Температура Сириуса В оказалась равной 25 000 К — в 2,5 раза выше, чем у яркого Сириуса А. С учетом размеров звезды это указывало на чрезвычайно высокую плотность ее вещества — 106г/см³. Наперсток такого вещества весил бы на Земле миллион тонн.

Как оказалось, белые карлики — это звездные «огарки», ведущие свое происхождение от обычных звезд. Равновесие обычных звезд поддерживается силой давления раскаленной плазмы, которая противостоит силе гравитации (тяготения). Чтобы равновесие сохранялось, необходимы внутренние источники энергии, иначе звезда, теряя энергию на излучение потоков света в окружающее пространство, не выдержала бы противоборства с гравитационными силами. Таким внутренним источником служат термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Как только в центральных областях звезды «выгорает» весь водород, равновесие нарушается и звезда начинает сжиматься под действием собственной тяжести. Типичная плотность окружающих нас предметов составляет несколько граммов на 1 см³ (примерно такова характерная плотность атома). Такую же среднюю плотность имеют звезды типа нашего Солнца. Однако, если обычную звезду сжать в 100 раз, атомы «вожмутся» друг в друга и звезда превратится в один гигантский атом, в котором энергетические уровни отдельных атомов «сцепятся» воедино. При таких плотно­стях электроны образуют так называемый вырожденный элек­тронный газ — особое квантовое состояние, при котором все электроны белого карлика «чувствуют» друг друга и образу­ют единый коллектив — именно он и противостоит гравитаци­онному сжатию. Так звезда превращается в плотное ядро — белый карлик.

Возникновение

Процесс развития коричневых карликов еще четко не выяснен, но существует шесть основных возможностей:

  • Они образуются из газового облака (см. Молекулярное облако ) по тем же механизмам, что и звезды, с той лишь разницей, что массы образовавшегося тела недостаточно для синтеза водорода.
  • Они начинают свое развитие как часть в глобуле . Однако их выбрасывают из системы до того, как они достигнут массы, необходимой для воспламенения синтеза водорода.
  • Подобно планетам, они возникают в протопланетном диске и выбрасываются из планетной системы на более поздней стадии развития.
  • У молодых, массивных звездных скоплений , то ионизирующее излучение от массивных О и В звездах может уничтожить протозвездные диски аккреционных прежде , чем эти объекты могут накапливать достаточную массу для синтеза водорода.
  • Близкие встречи с другими звездами в молодом звездном скоплении могут разрушить аккреционный диск до того, как будет достигнут предел синтеза водорода.
  • В тесных двойных системах можно белый карлик из красных карликовых массовых обрастать и от красного карликовых стольких массовых удалить , что это мутировал в коричневом карлик. Этот процесс происходит во многих катастрофических переменных, которые развиваются в двойную звездную систему, состоящую из белого и коричневого карлика, за период в несколько сотен миллионов лет.

В звезда — формирующей области Хамелеон  I , который является всего лишь несколько миллионов лет, были найдены 34 коричневых карликов; в трех из них также удалось обнаружить аккреционный диск , что характерно для молодых звезд.

Свидетельство наличия фазы Т-Тельца у нескольких коричневых карликов, которая ранее была известна только у молодых звезд на их пути к главной последовательности , является доказательством того, что по крайней мере некоторые из коричневых карликов имеют ту же историю образования, что и звезды.

Демаркация

Gliese 229 B : слева: открытие в обсерватории Паломар справа: космический телескоп Хаббла ( НАСА ) (в центре каждого изображения)

Все объекты, масса которых ниже предела для синтеза водорода и выше предела массы для синтеза дейтерия, классифицируются как коричневые карлики:

  • Синтез водорода — характерный процесс для звезды. Он противодействует гравитации по крайней мере на протяжении части жизни звезды и, таким образом, стабилизирует ее. Минимальная температура для синтеза водорода достигается — с составом, подобным нашему Солнцу — при массе примерно в 0,07 раз больше, чем у Солнца, или в 75 раз больше массы Юпитера (примерно 1,39 · 10 29  кг). Из этой минимальной массы вверх образуется звезда. Однако верхний предел массы коричневого карлика зависит от его металличности : для металличности 0, т.е. ЧАС. для объектов из это примерно в 90 раз больше массы Юпитера.
  • Однако в коричневых карликах происходят некоторые процессы синтеза, которые происходят при более низких температурах, чем синтез водорода. По сути, это
    • слитый лития , от приблизительно 65 раз массы Юпитера, или в ядре температур свыше 2 миллионов в Кельвинах лития -7- сердечник с протонным реагирует, и
    • слияния дейтерия , в котором от около 13 раз больше массы Юпитера дейтерия ядра и протона в гелии слияние -3-сердечник.

Объекты с массой менее 13 Юпитера называются

  • когда они спутники звезд: планет
  • если они не являются частью планетной системы , но свободно перемещаются вокруг центра Млечного Пути : объекты планетарной массы , поскольку об их происхождении ничего не известно.

Многие известные экзопланеты имеют — в дополнение к большим массам, некоторые из которых могут быть даже в диапазоне коричневых карликов — с высокими эксцентриситетами и небольшими расстояниями от центральной звезды, параметры орбиты, которые можно было бы ожидать от звездного компаньона, а не от планет; Фактически, по крайней мере, одна экзопланета также классифицируется как кандидат на роль коричневого карлика. Однако для объектов, масса которых меньше 13 раз превышает массу Юпитера, нельзя предвидеть единообразного наименования.

В первых исследованиях коричневых карликов использовался критерий сотворения : все объекты были названы коричневыми карликами, которые, как и звезды, образуются в результате сжатия газового облака (область H-II , молекулярное облако ), но в которых нет водорода. начинается синтез — в отличие от горных пород — и газовых планет , которые образуются в аккреционных дисках звезд. Однако это определение очень проблематично, поскольку история происхождения более легких объектов может быть прояснена только с большими усилиями, если вообще может быть выяснена. Критерий слияния пока еще не используется повсеместно, но в начале 21 века он используется гораздо чаще, чем критерий эмерджентности, который используется лишь несколькими старшими пионерами в этой области исследований.

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.

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 Солнцу, 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.

Коричневые карлики

Владимир Сурдин

Коричневые
карлики — космические тела, занимающие по своим массам промежуточное положение
между звездами и планетами. Коричневыми карликами принято называть объекты с
массами приблизительно от 0,01 до 0,08 масс Солнца. От нормальных звезд они
отличаются тем, что температура в их недрах никогда не достигает значений,
необходимых для протекания важнейшей термоядерной реакции – превращения
водорода в гелий, которая обеспечивает длительное свечение обычных звезд. Но по
сравнению с планетами, вообще не способными к термоядерному синтезу, коричневые
карлики на начальном этапе своей жизни все же разогреваются настолько, что
«сжигают» в термоядерных реакциях некоторые редкие элементы (дейтерий, литий),
что делает их на короткое время похожими на звезды. Температура поверхности
коричневых карликов обычно не превышает 2000 К, поэтому они имеют темно-красный
или даже инфракрасный цвет; отсюда и название этих объектов (англ. brown
dwarf).

Новые открытия

Самыми активными в изучении коричневых карликов являются сотрудники NASA. Им удалось найти остывающий газовый шар с температурой всего 29оС. Также они смогли описать агрессивную атмосферу, с бушующими штормами, с возможными дождями из раскаленных камней и расплавленного металла на поверхности субзвезд.

Карта поверхности Luhman 16B

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.