Знание-сила, 2009 № 12 (990)

Из жизни коричневых карликов

Игорь Харичев

На фото: коричневый карлик HD3651B (обведен кружком) около звезды HD3651

Прежде всего стоит напомнить, что коричневыми карликами называют промежуточные между звездами и планетами объекты. Их вполне можно считать «неудавшимися звездами». Так же, как «удавшиеся» звезды, они рождаются в ходе гравитационного коллапса скоплений межзвездного газа и пыли, причем в ходе этого процесса происходит разогрев внутренностей неуклонно уплотняющегося объекта. В какой-то момент внутри звезды начинается реакция термоядерного синтеза — превращения водорода в гелий. А внутри коричневого карлика реакция термоядерного синтеза не начинается, хотя может «выгореть» некоторое количество дейтерия. Причина в недостаточной массе таких звездных объектов и соответственно в недостаточном разогреве их внутренних областей при коллапсе протозвездного облака.

Сегодня ученые оценивают верхний предел массы коричневых карликов в 0,07 — 0,08 солнечных масс или 75–80 масс Юпитера. Что касается нижней границы масс, то нет ясного консенсуса среди ученых, где можно провести точную границу между планетами, а точнее, газовыми гигантами и коричневыми карликами. Давно обсуждаемая граница проходит примерно по 13 массам Юпитера. Не получив внутреннего источника энергии, коричневые карлики всю оставшуюся часть жизни вынуждены проводить, постепенно остывая. Излучение коричневых карликов приходится в основном на инфракрасный диапазон. Кроме того, эти объекты крайне бедны металлами.

Существование коричневых карликов было предсказано около 40 лет назад, но впервые такие объекты обнаружили в 1995 году. Коричневые карлики продолжают вызывать интерес у астрономов. Не случайно приходит информация о новых и новых исследованиях.

Недавно международной группе астрофизиков удалось установить, что коричневые карлики в Галактике могут оказаться гораздо более распространенными объектами, чем считалось ранее. Ученые изучали так называемое событие 0GLE-2007-BLG-224: в 2007 году звезда, расположенная вблизи центра Млечного Пути, неожиданно стала ярче. Продолжительность события составила около 7 дней. Было сделано предположение, что событие — результат микролинзирования, вызванного гравитационным полем массивного объекта, который прошел между Землей и звездой.

Используя данные, которые собрали различные телескопы по всему миру, астрономы смогли определить, что звезда-источник относилась к классу желтых карликов (к этому классу, например, относится Солнце). Данное событие отличалось еще тем, что на характеристики микролинзирования оказывал влияние земной параллакс, то есть изменение положения наблюдаемого объекта из-за собственного движения Земли.

По собранной информации ученые смогли выяснить, что микролинзирование было вызвано коричневым карликом массой 0,06 солнечных, который прошел между звездой и Землей на расстоянии примерно 1700 световых лет от нашей планеты. Используя существующие теории звездообразования, удалось определить примерное количество коричневых карликов с необходимыми характеристиками в Млечном Пути, что, в свою очередь, позволило вычислить вероятность подобного микролинзирования. Она составила 1/235.

По мнению ученых, это означает одно из двух: либо наблюдалось достаточно редкое событие, либо современные теории формирования звезд неверны. Поскольку нет повода отказываться от современных теорий в этой сфере науки, остается признать, что коричневые карлики являются более распространенными обитателями Галактики, чем считалось ранее.

А вот группе немецких астрономов недавно удалось обнаружить самый старый коричневый карлик в Млечном Пути. Его возраст составляет около 10 миллиардов лет.

Основной целью данной работы было изучение некоторого числа звезд небольшой массы, в частности, определение расстояния от Земли до этих объектов. Для измерения расстояния астрономы вычисляли тригонометрический параллакс. Напомним, что из-за годичного движения Земли вокруг Солнца направление на фиксированную звезду постоянно меняется. Параллаксом называется разность двух направлений на звезду, измеренных в различных точках орбиты нашей планеты. Достаточно простые формулы позволяют связать величину параллакса с расстоянием до звезды.

Недостаток этого классического метода, впервые использованного еще в 1838 году, — необходимость достаточно длительных наблюдений для минимизации ошибок. В рамках данного исследования астрономы наблюдали за изучаемыми звездами в течение нескольких лет.

Одним из объектов наблюдения был 2MASS 1626+3925. Определив расстояние до него, ученые смогли вычислить так называемую абсолютную звездную величину объекта, которая характеризует освещенность, создаваемую звездой вблизи наблюдателя. Она оказалась крайне низкой, что позволило исследователям с уверенностью заявить, что перед ними коричневый карлик. Он находится в нашей Галактике, однако к галактическому диску не принадлежит, а входит в состав окружающего Галактику обширного гало. Звезды в галактическом гало представляют собой второе поколение звезд, которое сформировалось в нашей Вселенной свыше 10 миллиардов лет назад, задолго до Солнечной системы (ей немногим более 4,5 миллиардов лет). Соответственно и возраст найденного коричневого карлика оценивается в 10 миллиардов лет.

Результатом еще одного исследования стало обнаружение у коричневых карликов погоды. В рамках этой работы ученые наблюдали коричневый карлик SIMP J013656.5+093347, который располагается на расстоянии примерно 21 световой год от Земли. Объект, обнаруженный в 2006 году, является самым ярким из известных коричневых карликов в Северном полушарии и относится к категории так называемых Т-карликов, в атмосфере которых присутствует метан.

В ходе наблюдений астрономы установили, что его яркость меняется со временем. По мнению исследователей, объяснением подобных изменений могли бы служить пылевые облака, которые присутствуют в верхних слоях атмосферы карлика, поскольку температура в этих районах достаточно низкая для существования твердых частиц. На это указывает и специфическая поляризация исходящего от объекта света, характерная для пыли.

Также недавно международной группе астрономов удалось обнаружить самый холодный из известных на настоящий момент коричневых карликов.

В рамках программы UKIDSS, цель которой — отыскание самых холодных и тусклых объектов во Вселенной, ученые установили, что вокруг красного карлика Wolf 940, удаленного от Земли на 40 световых лет, вращается крупное небесное тело. Масса объекта, который получил имя Wolf 940B, составляет около 20–30 юпитерианских при диаметре, равном диаметру Юпитера. Время, за которое тело совершает полный оборот вокруг красного карлика, составляет около 18 тысяч лет.

Ученые полагают, что Wolf 940B является коричневым карликом. Анализ излучения позволил установить, что его температура составляет примерно 300 градусов по Цельсию. Предыдущий «рекордсмен» был на 50 градусов горячее. (Стоит уточнить, что температура наиболее распространенных коричневых карликов от 900 до 2000 градусов по Цельсию.)

При подготовке использованы публикации в The Astrophysical Journal Letters, New Scientist, Astronomy and Astrophysics.