Чим обширнее стають теоретичні знання і технічні можливості вчених, тим більше відкриттів вони здійснюють. Здавалося б, уже всі об’єкти космосу відомі і необхідно тільки пояснити їх особливості. Однак Всесвіт кожен раз при виникненні такої думки у астрофізиків підносить їм черговий сюрприз. Часто, втім, такі нововведення бувають передбачені теоретично. У число подібних об’єктів входять коричневі карлики. До 1995 року вони існували тільки «на кінчику пера».
Давайте знайомитися
Коричневі карлики — зірки досить незвичайні. Всі основні їх параметри сильно відмінні від характеристик звичних для нас світил, втім, є і схожість. Строго кажучи, коричневий карлик — субзвездный об’єкт, він займає проміжне положення між власне світилами і планетами. Ці космічні тіла мають порівняно невелику масу — від 12,57 до 80,35 від аналогічного параметра Юпітера. В їх надрах, як і в центрах інших зірок, здійснюються термоядерні реакції. Відмінність коричневих карликів у вкрай незначну роль водню в цьому процесі. В якості палива такі зірки використовують дейтерій, бор, літій і берилій. «Пальне» порівняно швидко закінчується, і коричневий карлик починає остигати. Після завершення цього процесу він стає планетоподібних об’єктом. Таким чином, коричневі карлики — зірки, ніколи не потрапляють на головну послідовність діаграми Герцшпрунга—Рассела.
Невидимі мандрівники
Ці цікаві об’єкти відрізняються ще кількома примітними характеристиками. Вони являють собою блукаючі зірки, не пов’язані з якою-небудь галактикою. Теоретично подібні космічні тіла можуть борознити простори космосу протягом багатьох мільйонів років. Проте одне з найбільш значних властивостей — практично повна відсутність випромінювання. Помітити такий об’єкт без використання спеціальної апаратури неможливо. Відповідного обладнання у астрофізиків не було протягом досить тривалого періоду.
Перші відкриття
Найбільш сильне випромінювання коричневих карликів доводиться на інфрачервону спектральну область. Пошуки таких слідів увінчалися успіхом в 1995 році, коли був відкритий перший подібний об’єкт, Тейде 1. Він належить до спектрального класу М8 і розташовується в скупченні Плеяд. У цьому ж році на відстані 20 світлових років від Сонця була виявлена ще одна така зірка Gliese 229B. Вона обертається навколо червоного карлика Gliese 229А. Відкриття почали випливати одне за іншим. На сьогоднішній день відомо більше сотні коричневих карликів.
Відмінності
Коричневі карлики непросто ідентифікувати з-за їх схожості за різними параметрами з планетами і легкими зірками. За своїм радіусу вони наближаються в тій чи іншій мірі до Юпітера. Приблизно однакова величина цього параметра зберігається для всього діапазону мас коричневих карликів. В таких умовах стає вкрай непросто відрізнити їх від планет.
Крім того, далеко не всі карлики цього типу здатні підтримувати термоядерні реакції. Найлегші з них (до 13 мас Юпітера) настільки холодні, що в їх надрах неможливі навіть процеси з використанням дейтерію. Найбільш масивні дуже швидко (в масштабах космосу — за 10 млн років) остигають і також стають нездатними до підтримання термоядерних реакцій. Вчені для відмінності коричневих карликів використовують два основних способи. Перший з них — це вимірювання щільності. Коричневі карлики характеризуються приблизно однаковими значеннями радіуса та обсягу, а тому космічне тіло з масою 10 Юпітерів і вище, найімовірніше, належить до цього типу об’єктів.
Другий спосіб — виявлення рентгенівського та інфрачервоного випромінювань. Наявністю такої помітної характеристики не можуть похвалитися тільки коричневі карлики, температура яких опустилася до планетарного рівня (до 1000 К).
Спосіб відмінності від легких зірок
Світило з невеликою масою — ще один об’єкт, від якого буває непросто відрізнити коричневий карлик. Що таке зірка? Це термоядерний котел, де поступово згоряють всі легкі елементи. Один з них — літій. З одного боку, у надрах більшості зірок він досить швидко закінчується. З іншого — для реакції з його участю вимагається порівняно низька температура. Виходить, що об’єкт з літієвими лініями в спектрі, ймовірно, належить до класу коричневих карликів. У цього методу є свої обмеження. Літій часто присутня в спектрі молодих зірок. Крім того, коричневі карлики можуть за період в півмільярда років вичерпати всі запаси цього елемента.
Відмітною ознакою може бути і метан. На заключних етапах життєвого циклу коричневий карлик — зірка, температура якої дозволяє накопичити значну його кількість. Інші світила не можуть охолонути до такого стану.
Для відмінності коричневих карликів і зірок вимірюють і їх яскравість. Світила тьмяніють наприкінці свого існування. Карлики остигають всю «життя». На завершальних етапах вони стають настільки темними, що переплутати їх з зірками неможливо.
Коричневі карлики: спектральний клас
Температура поверхні описуваних об’єктів змінюється в залежності від маси та віку. Можливі значення знаходяться у діапазоні від планетарних до характерних для найбільш холодних зірок класу М. З цих причин для коричневих карликів спочатку було виділено два додаткових спектральних типу — L і Т. Крім них, у теорії існував і клас Y. На сьогоднішній день його реальність підтверджена. Зупинимося на характеристиках об’єктів кожного з класів.
Клас L
Зірки, що відносяться до першого типу з названих, відрізняються від представників попереднього класу М присутністю смуг поглинання не тільки оксиду титану і ванадію, але і гідридів металу. Саме ця ознака дозволив виділити новий клас L. Також у спектрі деяких коричневих карликів, що належать до нього, виявили лінії лужних металів та йоду. До 2005 року було відкрито 400 подібних об’єктів.
Клас Т
Т-карлики характеризуються наявністю в ближньому інфрачервоному діапазоні смуг метану. Аналогічні властивості раніше були виявлені лише у газових гігантів Сонячної системи, а також супутника Сатурна Титану. На зміну гидридам FeH і CrH, характерним для L-карликів, у Т-класі приходять лужні метали, такі як натрій і калій.
За припущеннями вчених подібні об’єкти повинні мати порівняно малою масою — не більше 70 мас Юпітера. Коричневі Т-карлики за багатьма параметрами схожі з газовими гігантами. Характерна для них температура поверхні змінюється в діапазоні від 700 до 1300 Що Якщо коли-то в об’єктив камери потраплять такі коричневі карлики, фото буде демонструвати об’єкти рожево-синього кольору. Такий ефект пов’язаний з впливом спектрів натрію і калію, а також молекулярних сполук.
Клас Y
Останній спектральний клас довгий час існував лише в теорії. Температура поверхні подібних об’єктів повинна бути нижче 700 К, тобто 400 ?С. У видимому діапазоні не виявляються такі коричневі карлики (фото зробити не вийде зовсім).
Однак в 2011 році американські астрофізики оголосили про відкриття кількох подібних холодних об’єктів з температурою від 300 до 500 К. Один з них, WISE 1541-2250, знаходиться на відстані 13,7 світлових років від Сонця. Інший, WISE J1828+2650, характеризується температурою поверхні в 25 ?С.
Двійник сонця — коричневий карлик
Розповідь про настільки цікавих космічних об’єктах буде неповним, якщо не згадати про «Зірку смерті». Так називають гіпотетично існуючий двійник Сонця, за припущеннями деяких вчених розташований на відстані 50-100 астрономічних одиниць від нього, за межами хмари Оорта. На думку астрофізиків, передбачуваний об’єкт становить пару нашого світила і проходить повз Землі кожні 26 млн років.
Гіпотеза пов’язана з припущенням палеонтологів Девіда Раупа і Джека Сепковски про періодичному масове вимирання біологічних видів на нашій планеті. Висловлено воно було в 1984 році. В цілому теорія досить спірна, проте є і аргументи на її користь.
«Зірка смерті» — одне з вірогідних пояснень таких вимирань. Подібне припущення одночасно виникло у двох різних груп астрономів. Згідно з їх розрахунками, двійник Сонця повинен рухатися по сильно витягнутій орбіті. При зближенні з нашим світилом вона обурює комети, у великій кількості «населяють» хмара Оорта. В результаті збільшується їх кількість зіткнень із Землею, що і призводить до загибелі організмів.
«Зірка смерті», або Немезида, як ще її називають, може бути коричневим, білим або червоним карликом. На сьогоднішній день, правда, підходять на цю роль об’єктів виявлено не було. Висловлюються припущення, що в зоні хмари Оорта розташовується поки невідома планета-гігант, яка впливає на орбіти комет. Вона притягує до себе крижані брили, запобігаючи тим самим їх можливе зіткнення з Землею, тобто діє зовсім не так, як гіпотетична «Зірка смерті». Втім, доказів існування планети Тюхе (тобто сестри Немезіди) поки теж немає.
Коричневі карлики для астрономів – порівняно нові об’єкти. Ще масу відомостей про них належить отримати і проаналізувати. Вже сьогодні передбачається, що такі об’єкти можуть бути компаньйонами багатьох відомих зірок. Труднощі дослідження і виявлення карликів цього типу задають нову високу планку для наукового обладнання та теоретичного осмислення.
