Форум НАУКА > Наука и Будущее
Коричневые карлики - умирающие звезды?
Король Альтов:
Астрономы создали карту погоды одного из коричневых карликов
http://kosmos-x.net.ru/news/astronomy_sozdali_kartu_pogody_odnogo_iz_korichnevykh_karlikov/2014-01-30-2836
Астрономы из Европейской южной обсерватории построили первую в истории астрономии "карту погоды" на поверхности ближайшего к нашей планете коричневого карлика WISE J104915.57-531906.1B (Luhman 16B). Об этом сообщается на сайте обсерватории.
Luhman 16B, обнаруженный в начале прошлого года, взаимодействует с другим коричневым карликом Luhman 16A. На данный момент, это самая близкая система, состоящая из двух коричневых карликов: они располагаются на расстоянии всего 6 световых лет от Солнца в созвездии Парус.
Коричневые карлики представляют собой газовые шары массой, как правило, в десятки раз больше, чем у самой большой планеты нашей Солнечной системы - Юпитера. Подобные объекты образуются по тому же сценарию, что и звезды: в результате сжатия газопылевого облака под воздействием собственной гравитации. Как и в других звёздах, в коричневых карликах могут протекать термоядерные процессы, но их масса всё же слишком мала, чтобы начать реакцию превращения атомов водорода в атомы гелия, являющуюся главным условием для жизни полноценной звезды.
Что же натолкнуло астрономов на это исследование? Luhman 16B, который тусклее своего соседа, через каждые несколько часов меняет свою яркость. Именно эта особенность навела ученых на мысль: можно ли разглядеть детали этого объекта?
Для изучения коричневого карлика астрономы использовали телескоп VLT (Very Large Telescope). Таким образом, было проведено несколько серий съемок, и оказалось, что на полученных снимках можно не только рассмотреть детали, но и составить карту темных и светлых областей этого объекта.
"Уже на более ранних стадиях наблюдений следовало, что у коричневых карликов может быть пятнистая поверхность, но теперь мы смогли построить карту этих пятен. Скоро мы сможем наблюдать формирование, развитие и рассеяние облачных структур на этом коричневом карлике, так что, в конце концов "экзометеорологи" смогут предсказать, облачное или ясное небо будет ждать того, кто захочет посетить Luhman 16B”, - сказал ведущий автор исследования Иен Кроссфилд (Ian Crossfield) из Института Астрономии им. Макса Планка (Гейдельберг, Германия).
Для создания карты астрономы разработали специальный метод, который заключается в комбинировании данных наблюдений изменений яркости, а также движения темных и светлых деталей на поверхности.
Известно, что атмосферы коричневых карликов имеют схожие черты с атмосферой некоторых экзопланет. Следовательно, изучая атмосферу коричневых карликов, подобных Luhman 16B ученые могут одновременно получать сведения и об атмосферах экзопланет.
"Наша карта коричневого карлика делает нас ближе к пониманию погодных процессов на планетах вокруг других звезд. Мне с раннего детства нравилось рассматривать карты, они казались мне очень красивыми и приносящими огромную пользу. И вот теперь мы составляем карты поверхности тел, лежащих за пределами Солнечной системы – это здорово!”, - заключает Кроссфилд.
Напомним, что Luhman 16B - не единственный коричневый карлик, с помощью которого планируют изучать экзопланеты. Так, на расстоянии 97 световых лет от Солнца расположен HD 19467 B. Недавно астрономы смогли получить его фотографию в оптическом диапазоне.
http://www.bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=1044.msg26699#msg26699
Король Альтов:
Коричневый карлик "HD 19467 B" может быть лабораторией для исследования экзопланет
http://kosmos-x.net.ru/news/korichnevyj_karlik_hd_19467_b_mozhet_byt_laboratoriej_dlja_issledovanija_ehkzoplanet/2014-01-21-2818
Астрономы, работающие с обсерваторией Кека, опубликовали фотографию коричневого карлика, который может послужить лабораторией для исследования экзопланет.
Система HD 19467. Фото: CREPP ET AL. 2014, APJ
Фотография была получена с помощью инструмента NIRC2 (the Near-Infrared Camera, second generation), установленного на телескопе Keck II. На снимке представлено изображение звезды HD 19467, расположенной в центре и коричневого карлика HD 19467 B, который отмечен стрелкой.
Коричневые карлики представляют собой газовые шары массой, как правило, в десятки раз больше, чем у самой большой планеты нашей Солнечной системы - Юпитера. Подобные объекты образуются по тому же сценарию, что и звезды: в результате сжатия газопылевого облака под воздействием собственной гравитации. Как и в других звёздах, в коричневых карликах могут протекать термоядерные процессы, но их масса всё же слишком мала, чтобы начать реакцию превращения атомов водорода в атомы гелия, являющуюся главным условием для жизни полноценной звезды.
Подобные недозвезды интересуют ученых, поскольку позволяют им лучше понять процессы рождения звезд, однако теперь, с их помощью можно исследовать и экзопланеты.
Коричневый карлик спектрального класса "Т" является спутником солнцеподобной звезды, расположенной на расстоянии около 97 световых лет от нашей планеты. Он тусклее материнской звезды в 100 тысяч раз, а наблюдения за карликом, проводимые с 1996 года, позволили сказать, что он притягивается более массивной звездой. Возраст карлика точно не определен, однако составляет 4,3-9 миллиардов лет, а масса равна 56-67 массам Юпитера.
Известно, что ученые могут многое сказать по спектру небесного объекта. И спектр, который излучают звезды, легко поддается исследованию, однако спектры экзопланет уловить трудно. По мнению ученых, исследование коричневых карликов, таких как HD 19467 B, может быть шагом на пути к более полному пониманию экзопланет. Об этой идее рассказал Джастин Р. Крепп (Justin R. Crepp), профессор физики Нотр-Даммского Университета, руководитель исследовательской группы.
"Этот объект является старым и холодным, и в конечном счете он примет много внимания, как один из самых хорошо и тщательно изученных коричневых карликов, обнаруженных на сегодняшний день. Учитывая продолжающиеся последующие наблюдения, мы можем использовать его в качестве лаборатории для проверки теоретических атмосферных моделей. В конце концов, мы хотим получить непосредственные изображения и спектры планет земного типа. Затем, из спектра, мы должны быть в состоянии сказать, из чего планета состоит, какая у неё масса, радиус, возраст и т.д., в основном определить все соответствующие физические свойства".
http://www.bolshoyforum.com/forum/index.php?topic=1044.msg26699#msg26699
Король Альтов:
Кори́чневые или бу́рые ка́рлики («субзвёзды» или «химические звёзды») — субзвёздные объекты (с массами в диапазоне 0,012-0,0767 массы Солнца, или, соответственно, от 12,57 до 80,35 массы Юпитера). Так же как и в звёздах, в них идут термоядерные реакции ядерного синтеза на ядрах лёгких элементов (дейтерия, лития, бериллия, бора), но, в отличие от звёзд главной последовательности, вклад в тепловыделение таких звёзд ядерной реакции слияния ядер водорода (протонов) незначителен, и, после исчерпания запасов ядер лёгких элементов, термоядерные реакции в их недрах прекращаются, после чего они относительно быстро остывают, превращаясь в планетоподобные объекты, т. е. такие звёзды никогда не находятся на главной последовательности Герцшпрунга—Рассела. В коричневых карликах, в отличие от звёзд главной последовательности, также отсутствуют шаровые слои лучистого переноса энергии — теплоперенос в них осуществляется только за счёт турбулентной конвекции, что обуславливает однородность их химического состава по глубине.
Коричневые карлики были первоначально названы чёрными карликами, и классифицировались как тёмные субзвёздные объекты, свободно плавающие в космическом пространстве и имеющие слишком малую массу, чтобы поддерживать стабильную термоядерную реакцию. В настоящее время понятие чёрный карлик имеет совсем другое значение.
В ранних моделях строения звёзд считалось, что для протекания термоядерных реакций масса звезды должна быть хотя бы в 80 раз больше массы Юпитера (или 0,08 массы Солнца). Гипотеза о существовании плотных звездоподобных объектов с массой меньше указанной (коричневые карлики) была выдвинута в начале 60-х годов XX века. Считалось, что образование их протекает во многом подобно образованию обычных звёзд, но обнаружить их очень сложно, так как они практически не испускают видимого света. Наиболее сильное излучение коричневых карликов наблюдается в инфракрасном диапазоне.
Но на протяжении нескольких десятилетий наземные телескопы, работающие в этом диапазоне, имели слишком низкую чувствительность и, поэтому, были неспособны обнаружить коричневые карлики. Позднее было выдвинуто предположение, что в зависимости от компонентов, участвующих в формировании звезды, критическая масса, необходимая для протекания такого же как и в обычной звезде термоядерного синтеза гелия с участием водорода, составляет 75 масс Юпитера. Субзвёздные объекты, достаточно быстро сформировавшиеся сжатием туманности, могут иметь массу меньше 13 масс Юпитера. В них вообще исключено протекание каких-либо термоядерных реакций.
С 1995 года, когда было впервые подтверждено существование коричневого карлика, было найдено более сотни подобных объектов. Считается, что они составляют большинство космических объектов в Млечном Пути. Самые ближайшие из них к Земле — два карлика в системе Луман 16, находящиеся на расстоянии 6,5 световых лет от Солнца в созвездии Паруса, одиночный карлик WISE 1506+7027 в созвездии Малая Медведица (11,1 св. лет), обращающиеся друг вокруг друга компоненты B и C в тройной системе ε Индейца (12 св. лет), коричневый карлик в двойной системе SCR 1845-6357 в созвездии Павлина (12,6 св. лет) и UGPS 0722-05 в созвездии Единорога (13,4 св. лет).
В 2006 году, при наблюдении за зоной интенсивного звёздообразования в Туманности Ориона, впервые удалось непосредственно измерить массы двух коричневых карликов в затменно-переменной двойной системе, которые оказались равны 5,5 % и 3,5 % от массы Солнца.
Король Альтов:
Различия между тяжёлыми коричневыми карликами и лёгкими звёздами
Литий: Коричневые карлики, в отличие от звёзд с малой массой, содержат литий[8]. Это происходит из-за того, что звёзды, имеющие достаточную для термоядерных реакций температуру, быстро исчерпывают свои первоначальные запасы лития. При столкновении ядра лития-7 и свободного протона образуются два ядра гелия-4. Температура, необходимая для этой реакции, немного ниже, чем температура, при которой возможен термоядерный синтез с участием водорода. Конвекция в звёздах является причиной полного истощения запасов лития, который из холодных наружных слоёв постепенно попадает в горячие внутренние и там сгорает. Следовательно, наличие литиевых линий в спектрах кандидатов на коричневые карлики является хорошим признаком их субзвёздной структуры. Такой подход к различению коричневых карликов и звёзд с малой массой впервые был предложен Рафаэлем Реболо и его коллегами и получил название «литиевый тест».
В то же время, литий присутствует в составе очень молодых звёзд, не успевших ещё сжечь его. Более тяжёлые звёзды, такие как наше Солнце, содержат литий в верхних слоях атмосферы, которые слишком холодны для реакций с его участием. Но такие звёзды легко отличимы от коричневых карликов по размеру.
С другой стороны, тяжёлые коричневые карлики (порядка 65—80Mj ) способны истощить запасы лития в начальные периоды своей жизни, то есть примерно за полмиллиарда лет. Таким образом, «литиевый тест» не совершенен.
Метан: В отличие от звёзд, некоторые коричневые карлики на заключительном периоде своего существования достаточно холодны, чтобы за долгое время накопить в своей атмосфере обозримое количество метана. Примером может служить Gliese 229.
Яркость: Звёзды главной последовательности, остывая, в конечном итоге достигают минимальной яркости, которую они могут поддерживать стабильными термоядерными реакциями. Это значение яркости в среднем составляет минимум 0,01 % яркости Солнца. Коричневые карлики остывают и тускнеют постепенно на протяжении своего жизненного цикла. Достаточно старые карлики становятся слишком тусклыми, чтобы считаться звёздами.
Различия между малыми коричневыми карликами и большими планетами
Отличительным свойством коричневых карликов является то, что они имеют радиус, приблизительно равный радиусу Юпитера. В массивных коричневых карликах (60-80Mj ) определяющую роль, как и в белых карликах, играет давление вырожденного электронного газа (ферми-газа). Объём лёгких коричневых карликов (1-10Mj ) определяется действием закона Кулона. Результатом всего этого является то, что радиусы коричневых карликов различаются всего на 10-15 % для всего диапазона масс. Из-за этого отличить их от планет достаточно трудно.
Кроме того, многие коричневые карлики не способны поддерживать термоядерные реакции. Лёгкие (до 13MJ ) — слишком холодны и в них невозможны даже реакции с участием дейтерия, а тяжёлые (более 60Mj ) остывают слишком быстро (приблизительно за 10 миллионов лет) и тем самым теряют способность к термоядерному синтезу. Но всё же существуют способы отличить коричневый карлик от планеты:
Измерение плотности. Все коричневые карлики имеют приблизительно одинаковый радиус и объём. Следовательно, объект с массой более 10Mj скорее всего не является планетой.
Наличие рентгеновского и инфракрасного излучения. Некоторые коричневые карлики излучают в рентгеновском диапазоне. Все «тёплые» карлики излучают в красном и инфракрасном диапазонах, пока не остынут до температуры, сопоставимой с планетарной (до 1000 K).
Король Альтов:
Спектральные классы коричневых карликов
Коричневые карлики, несмотря на то, что неспособны поддерживать термоядерные реакции в течение миллионов или миллиардов лет так, как это делают звёзды, в какой-то момент жизни всё же это делают. Температура поверхности коричневых карликов варьирует в зависимости от массы и возраста коричневого карлика от планетной до температуры звёзд нижнего класса класса M. Поэтому для коричневых карликов были выделены специальные спектральные классы: L и T. В качестве теории выделялся ещё более холодный спектральный класс Y, позднее были обнаружен ряд объектов, соответствующих этому классу[14]. Спектральный класс коричневых карликов постепенно сдвигается в сторону более холодного: коричневые карлики остывают, причём чем более массивен коричневый карлик, тем медленнее он остывает.
Спектральный класс M
Массивные коричневые карлики, близкие к красным карликам, на ранних стадиях после формирования могут иметь спектральный класс, начиная с M6.5 и позднее. Постепенно, как правило, они остывают, переходя в класс L.
Спектральный класс L
Главной особенностью спектрального класса M, самого холодного спектрального класса звёзд главной последовательности, является наличие полос поглощения таких соединений, как оксид титана (II) и оксид ванадия (II). Тем не менее после обнаружения коричневого карлика GD 165B, который, в свою очередь, вращается вокруг белого карлика GD 165, было установлено, что спектр его не имеет в себе линий поглощения данных соединений. Последующие исследования спектра дали возможность выделить новый спектральный класс L. В плане спектральных линий он совсем не похож на M. В красном оптическом спектре линии оксидов титана и ванадия всё ещё были сильны, но также были и сильные линии гидридов металлов, например FeH, CrH, MgH, CaH. Также были сильные линии щелочных металлов и йода.
По данным на апрель 2005 года, было обнаружено уже свыше 400 карликов класса L.
Спектральный класс T
GD 165 B является прототипом L-карликов. Аналогично, коричневый карлик Глизе 229 B является прототипом второго нового спектрального класса, который назвали T-карликом. В то время как в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне спектра L-карликов преобладают полосы поглощения воды и монооксида углерода (CO), в БИК-спектре Глизе 229 B доминируют полосы метана (CH4). Подобные характеристики до этого вне Земли были обнаружены только у газовых гигантов Солнечной системы и спутника Сатурна Титана. В красной части спектра вместо полос FeH и CrH, характерных для L-карликов, наблюдаются спектры щелочных металлов — натрия и калия.
Эти различия позволили ввести отдельный спектральный класс T, в первую очередь на основе линий метана. Из-за наличия метана в составе звезды этот класс также называют иногда «метановыми карликами».
Согласно теории, L-карликами могут являться очень маломассивные звёзды и массивные коричневые карлики. T-карликами могут являться только сравнительно маломассивные коричневые карлики. Масса T-карлика обычно не превышает 7 % от массы Солнца или 70 масс Юпитера. По своим свойствам карлики класса T схожи с газовыми планетами-гигантами. Температура их поверхности составляет порядка 700—1300 К. На ноябрь 2010 года обнаружено порядка 200 коричневых карликов спектрального класса T.
Благодаря влиянию спектра молекулярных соединений и спектров натрия и калия, которые сильно выделяют также зелёную часть спектра T-карликов, наблюдатель бы увидел такой объект не бурым, а скорее розовато-синим. В ноябре 2010 года была впервые обнаружена двойная система, состоящая из «метанового карлика» ULAS 1459+0857 и белого карлика LSPM 1459+0857.
Навигация
[0] Главная страница сообщений