Коричневые карлики (6 фото)

По современным представлениям, распределение звезд по начальным массам — начальная функция масс (НФМ) — описывается убывающим степенным законом для звезд с массой порядка солнечной и выше и чем-то логнормальным в области меньших масс. У НФМ есть верхний предел (максимальная масса звезд), равный, по-видимому, 100−200 солнечным массам и связанный с тем, что массивные звезды раздувают сами себя собственным излучением.
Ситуация с нижним пределом (минимальная масса) более сложная. Во-первых, маломассивные объекты сложнее обнаруживать и потому существенно сложнее достоверно пересчитать. Во-вторых, переходя в область малых масс, мы рано или поздно сталкиваемся с объектами, массы (= температуры) которых слишком малы для загорания термоядерных реакций. Ничто не запрещает таким объектам образовываться и существовать; они просто не будут звездами.
Отправной точкой в изучении таких субзвездных объектов считаются работы Шива Кумара (Shiv S. Kumar), опубликованные в 1962—1963 годах. В них он указал, что сжатие газового сгустка заканчивается формированием устойчивой конфигурации без загорания термоядерных реакций, если масса сгустка не превосходит 0,07- 0,09 массы Солнца. Сам Кумар называл такие «недозвезды» черными карликами, однако с 1975 года за ними закрепилось другое название — коричневые (или бурые) карлики.
Коричневые карлики оставались гипотетическими объектами до середины 1990-х годов, когда развитие наблюдательной техники наконец достигло уровня, необходимого для обнаружения столь тусклых объектов. Дело в том, что коричневые карлики, так и не обзаведшиеся внутренним источником энергии, светятся лишь за счет накопленного при сжатии тепла.

Невысокая температура (примерно от 2500 К до сотен К) в сочетании с небольшим размером приводят к очень низкой светимости, да и то только пока карлик находится в относительно юном возрасте. Неудивительно, что первое сообщение о подтвержденном открытии коричневого карлика (Teide 1), опубликованное в сентябре 1995 года, относилось к объекту в молодом звездном скоплении Плеяды.
На данный момент количество известных коричневых карликов перевалило уже за тысячу, а полное их количество в Галактике как минимум сопоставимо с количеством «нормальных» звезд.

Коричневые карлики и экзопланеты

Практически одновременно с открытием коричневых карликов в том же 1995 году было представлено еще одно значимое открытие — первая экзопланета у «нормальной» звезды. Теперь количество известных (и подтвержденных) экзопланет приближается к двум тысячам, и их массы тоже весьма разнообразны. В частности, среди них нередки планеты, массы которых в разы превосходят массу Юпитера. Иными словами, диапазоны масс планет и коричневых карликов существенно перекрываются.
Возникает естественный вопрос: а чем вообще планеты и коричневые карлики отличаются друг от друга? И те и другие имеют сходные (по крайней мере, перекрывающиеся) массы, и те и другие состоят главным образом из водорода, в спектрах атмосфер и тех и других обнаруживаются признаки значительного количества молекул…
Сейчас для разделения субзвездных объектов на планеты и коричневые карлики принят условный массовый порог — 13 масс Юпитера. При массе выше этого предела в объекте на самом раннем этапе его существования все-таки могут короткое время идти термоядерные реакции, но с участием не водорода, а дейтерия.
Дело в том, что первый, самый медленный шаг в стандартной протон-протонной цепочке превращения водорода в гелий представляет собой именно формирование дейтерия. Если дейтерий в газе уже есть (а он есть, остался после Большого взрыва), для его превращения в гелий достаточно и менее высокой температуры, поэтому дейтерий способен гореть в объектах существенно меньшей массы. Но, увы, дейтерия мало, и потому эти реакции быстро заканчиваются. Так вот, предельно малое значение массы для загорания дейтерия — именно 13 масс Юпитера. Но понятно, что это разделение ничего не говорит о том, по какому сценарию — «звездному» или «планетному» — образовался объект.
На первый взгляд вопрос о сценарии выглядит надуманным. Казалось бы, разница очевидна: планеты обращаются вокруг звезд, тогда как коричневые карлики представляют собой самостоятельные объекты, по сути, продолжение звездной НФМ в субзвездную область. Однако где гарантия, что «планета» с массой, скажем, 20 масс Юпитера (такие есть) образовалась именно как планета, а не как компонент двойной системы?
С другой стороны, есть и сценарии эволюции планетных систем, в которых некоторые планеты в результате взаимодействия со своими компаньонами выбрасываются из системы и отправляются в свободный полет. То есть теперешняя изоляция «коричневого карлика» с массой порядка массы Юпитера (и такие есть) вовсе не означает, что и родился он тоже в одиночестве.
С образованием коричневых карликов есть еще одна проблема: современные модели звездообразования зачастую предсказывают существенно меньшее количество коричневых карликов, чем их реально наблюдается. Образовать в турбулентном молекулярном облаке очень маломассивный сгусток оказывается не так-то просто. Поэтому в литературе время от времени появляются предположения о «третьем сценарии» формирования коричневых карликов, специфическом только для них.
Согласно одному из предлагаемых вариантов, коричневый карлик начинает свою жизнь как газовый сгусток в молекулярном облаке, но не успевает вырасти до звездного размера, потому что выбрасывается из облака из-за гравитационного взаимодействия с другими сгустками, которые по каким-то причинам росли (набирали массу) быстрее.
Важным признаком того, что коричневые карлики образуются именно по стандартному звездному сценарию, может стать их способность самим быть центрами планетных систем. В настоящее время планеты у коричневых карликов действительно обнаружены — около десятка. Самые массовые методы обнаружения экзопланет (лучевых скоростей и транзитный) с коричневыми карликами не работают; половина планет из этого десятка найдена при помощи микролинзирования, и еще половина была замечена на прямых изображениях.

Статья (с сокращением) "Коричневые карлики — кто они? " Дмитрий Вибе, журнал Троицкий вариант - Наука 27.01.2015 № 171

Мир коричневого карлика с диском в представлении художника

Мир коричневого карлика в представлении художника. Теоретически на спутниках может быть жидкая вода, а значит и жизнь, но это лишь гипотеза...

Восход коричневого карлика в представлении художника