Что такое коричневый карлик

Коричневые карлики — это субзвездные объекты, которые недостаточно массивны, чтобы поддерживать ядерный синтез обычного водорода в гелий в их ядрах, в отличие от звезды главной последовательности. Вместо этого они имеют массу между самыми массивными газовыми планетами-гигантами и наименее массивными звездами, примерно в 13–80 раз больше, чем у Юпитера. Однако они могут сплавлять дейтерий, а самые массивные из них могут сплавлять литий.

Астроном Шив Кумар первым предположил существование субзвездных объектов, называемых коричневыми карликами, хотя первоначально классифицировал их как черные карлики.

Он определил эти объекты как небесные тела, массы которых недостаточно для поддержания ядерного синтеза. Поскольку черные карлики уже были классифицированы как более поздняя стадия остывшего белого карлика, Джилл Тартер рекомендовал использовать для дифференциации название «коричневый карлик», используя «коричневый» как приблизительный цвет. Первый известный коричневый карлик  — Teide 1, был обнаружен в 1995 году.

Все звезды рождаются в так называемых «звездных яслях», которые проявляются в виде гигантских или небольших молекулярных облаков. Эти межзвездные облака обладают разной плотностью и размером.

Их массы могут быть более чем в миллион раз больше массы нашего Солнца. Размер позволяет молекулам образовываться внутри них, и наиболее распространенным типом обнаруженных молекул является водород.

Внутри этих молекулярных облаков есть отдельные области с повышенной плотностью, где происходит скопление большого количества пыли и газа. Из этих сгустков начинается звездообразование, и гравитация должна преодолеть высокие силы и плотность, чтобы скопление пыли и газа превратилось в «функционирующую» звезду.

Когда гравитация преодолевает другие силы и когда молекулы подвергаются достаточному давлению и нагреву, они ионизируются, превращаясь в протозвезду. Протозвезда должна набрать массу и стать очень плотной в своем ядре, чтобы поддерживать ядерный синтез, который позволяет ей гореть и светиться.

Звезда, которой это удается, становится звездой главной последовательности, диагональной областью на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, которая отображает яркость звезды в зависимости от ее показателя цвета, чтобы различать разные звезды.

Звезды с малой массой, такие как Солнце, живут очень долго, в конце концов сжигая свое топливо и превращаясь в белого карлика, окруженного газовой туманностью. Звезды с большой массой обладают огромной силой, живут относительно недолго и в конечном итоге превращаются в сверхновые.

При этом некоторые звезды не могут набрать достаточную массу и недостаточно плотны в своем ядре, чтобы запустить реакцию термоядерного синтеза. Эти звезды известны как коричневые карлики.

Ближайшие из известных коричневых карликов расположены в системе Лумана 16, двойной системе коричневых карликов L- и T-типа на расстоянии около 6,5 световых лет (2,0 парсека) от Солнца. Luhman 16 — третья ближайшая к Солнцу система после Альфы Центавра и Звезды Барнарда.

Характеристика и классификация коричневых карликов

На диаграмме Герцшпрунга-Рассела коричневые карлики занимают нижний правый угол. Другой способ классификации звезд — через их спектральные характеристики в системе, называемой системой Моргана-Кинана (МК).

В этой системе звезды помещаются в один из типов, обозначаемых буквами О, В, А, F, G, К, М. Эти буквы располагаются от самой горячей, О, к самой холодной, М.

Коричневые карлики находятся в диапазонах M, L и T системы МК. Их верхний предел находится перед красными карликами с наименьшей массой. Характерными чертами этих типов являются:

Спектральный класс М.

Эти звезды имеют температуру менее 3500 К. Они находятся почти на территории красных карликов, и многие ученые считают, что они принадлежат к этой классификации.

Большинство ученых рассматривают классификацию М 6,5 и выше как коричневые карлики. Этот спектральный класс состоит из молекул оксида титана (TiO) и оксида ванадия (VO).

Спектральный класс L.

В этот класс входят субзвездные объекты и звезды с очень малой массой; они известны как L-карлики.

Их спектральная полоса состоит из полос гидридов металлов (гидрид железа, гидрид хрома, гидрид магния, гидрид углерода) и щелочных металлов (йодид натрия, йодид калия, йодид цезия, йодид рубидия). Идентифицировано около 900 L-карликов.

Спектральный класс T.

Этот класс состоит в основном из коричневых карликов и официально находится в «не звездной» зоне.

Т-карлики кажутся человеческому глазу пурпурными, а не коричневыми. Обнаружено около 350 Т-карликов.

Спектральный класс Y.

Эти Y-карлики намного холоднее своих собратьев-карликов T.

Нет единого мнения о том, какие объекты следует включать в эту классификацию. Обычно очень холодные, эти карлики имеют температуру менее 300 К.

Планеты, вращающиеся вокруг коричневых карликов и их обитаемость

Размер коричневого карлика сравним с очень большой газовой планетой (в 5-10 раз больше Юпитера). Хотя для планеты размером с Юпитер необычно вращаться вокруг коричневого карлика, могут быть два субкоричневых карлика, а не планета, существующие вместе.

Размер планет, вращающихся вокруг коричневого карлика, намного меньше, и большая их часть, вероятно, относится к каменистым планетам, а не к газовым гигантам.

Были созданы компьютерные модели для изучения возможности существования обитаемых планет вокруг коричневых карликов.

Критерии кажутся очень строгими, и эти планеты имеют очень низкую полосу «зоны Златовласки» (0,005 а.е.) для любого шанса на существование жизни. Из-за охлаждения этих коричневых карликов зона обитаемости будет продолжать уменьшаться и исчезнет в течении не более 10 миллионов лет.

Близкое соседство также подвергло бы планету очень сильному гравитационному притяжению со стороны коричневого карлика. В этом случае планеты должны иметь очень малый эксцентриситет на своих орбитах, чтобы избежать сильных приливных сил, которые ускорят парниковый эффект и сделают невозможным развитие жизни.

В 2008 году, был обнаружен первый спутник планетарной массы на относительно небольшой орбите ( MOA-2007-BLG-192Lb ), вращающийся вокруг коричневого карлика.

Исследователи считают, что планеты вокруг коричневых карликов, вероятно, будут углеродными планетами, лишенными воды.

Исследование 2017 года, основанное на наблюдениях телескопа Спитцер, показало, что необходимо контролировать 175 коричневых карликов, чтобы гарантировать (на 95%) хотя бы одно обнаружение планеты.