Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Астрономы решили одну из загадок коричневых карликов

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Коричневые карлики являются тусклыми астрономическими объектами, размеры которых меньше, чем у Солнца, но больше, чем у Юпитера.

Их атмосферы характеризуются наличием мощных ветров и массивных облаков пятнистой формы, которые состоят преимущественно из частиц жидкого железа и силикатной пыли.

В недавнем времени стало известно о способности этих гигантских облаков к быстрому скоплению и столь же быстрому рассеиванию. Однако, по какой причине это происходит, ученые понять не могут.

Поможет новая модель

Новый анализ информации, собранной при помощи мощного телескопа «Спитцер», позволил ученым построить модель, в которой объясняются процессы движения и смены формы облаков у коричневых карликов.

Эти объекты порождают громадные волны, являющиеся причиной запуска движения частиц в атмосфере коричневого карлика, вследствие чего изменяется толщина силикатных облаков. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Science».

Специалисты предполагают, что скопление облаков происходит на разных высотах, облака двигаются с разными скоростями и в разных направлениях.

Немного для понимания процессов

Формирование волн возможно не только на воде, но и в атмосферах. На нашей планете происходит смешение холодного воздуха полярных регионов и воздушных масс средних широт посредством длинных волн, что является причиной появления или рассеивания облаков.

Некоторые ученые предполагают, что коричневые карлики являются «неудавшимися» звездами, поскольку они имеют низкую массу, недостаточную для поддержания химических реакций в ядрах.

Иная версия подразумевает, что коричневые карлики являются «суперпланетами», поскольку они более массивны, чем Юпитер, но имеют схожий диаметр. Состав таких карликов подобен составу газовых гигантов: водород и гелий. Между тем, эти вещества нередко встречаются вне планетарных систем.

А три года назад исследователям удалось зафиксировать бушевание атмосферных штормов на коричневых карликах.

Не исключено, что такие атмосферные потоки и волны могут существовать и на более распространенных больших экзопланетах.

Новые исследования

При помощи «Спитцера» ученые вели наблюдения за изменениями светимости шести коричневых карликов на протяжении 1,5 лет. За это время каждый из них совершил 32 оборота вокруг своей оси. Изменение яркости происходит из-за появления и исчезновения облаков во время вращения карлика. Это позволило определить, каким образом распределяются силикатные облака в атмосферах этих объектов.

До недавнего времени эксперты допускали наличие эллиптических штормов на коричневых карликах, похожих на Большое красное пятно Юпитера, которое образуется и поддерживается зонами высокого давления.

Существует такое пятно уже столетие и практически не подвергается изменениям.

Однако, с помощью этих пятен невозможно объяснить резкие перемены в светимости, наблюдаемые у коричневых карликов каждые сутки.

Специалисты пересмотрели свое предположение, чтобы найти истину. Модель, описывающая огромные волны в атмосфере, которые образуются с разными интервалами, как нельзя лучше объясняет быстрые изменения в яркости.

Волны вызывают вращение атмосферных потоков с противоположными направлениями.

Теодора Каралиди, исследователь из университета Аризоны, создала при помощи суперкомпьютера и нового компьютерного алгоритма карту облачных перемещений в атмосферах коричневых карликов.

При смещении пиков двух волн возникает максимальная яркость, которая длится на протяжении суток. А при синхронизации волн образуется один пик свечения, благодаря которому яркость коричневых карликов возрастает в 2 раза. В будущем ученые планируют приблизиться к пониманию образования волн, запускающих движение атмосферных масс данных объектов.

Сколько коричневых карликов в окрестностях Солнца

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Коричневый карлик

Инфракрасный телескоп WISE обеспечил астрономам во время активной измерительной фазы в 2010 году обширные данные в четырех инфракрасных длинах волн. В настоящее время исследователи заняты тем, чтобы изучить и интерпретировать материал. При этом астрономами было отмечено, что эти объекты гораздо менее распространены в Пространстве, чем предполагалось ранее.

Исследовательская группа во главе с Дэви Киркпатриком (Davy Kirkpatrick) – Калифорнийский технологический институт – искала коричневые карлики в ближайших окрестностях Солнца на расстоянии нескольких десятков световых лет.

Коричневые карлики являются звездами, массы которых слишком малы, чтобы внутри них мог произойти синтез водорода в гелий – источник энергии большинства звезд.

Таким образом, они могут только излучать тепловую энергию, которую они получили, и тепло, образующееся при медленном сжатии в течение миллиардов лет.

Поэтому большинство из них слабо светится в инфракрасном диапазоне, некоторые из них имеют температуру всего около 25 градусов по Цельсию. При такой же величине, как Юпитер, массы коричневых карликов, превышают массу Юпитера в 13-75 раз.

Ранее астрономы предполагали, что на каждую настоящую звезду с реакцией ядерного синтеза внутри приходится один коричневый карлик. Теперь в непосредственном окружении Солнца выявлено, что это соотношение равно: один карлик к шести звёздам.

До сих пор исследователи смогли найти в данных WISE, в общей сложности, 200 коричневых карликов, в том числе 13 самого холодного класса Y, температура поверхности которых ниже 170 градусов по Цельсию.

После определения, каково их расстояние от Солнца, методом параллакса, исследовательская группа отметила, что существует 33 коричневых карлика на расстоянии 26 световых лет от нашего светила. В этом же объеме сейчас известно 211 звезд, в результате чего на каждого коричневого карлика приходится 6,4 звезды.

Сколько коричневых карликов в окрестностях Солнца вычислили астрономы                                     NASA/JPL-Caltech 

На этой карте показаны ближайшие космические окрестности нашего Солнца на расстоянии 30 световых лет. Она основана на данных измерений и представляет ряд звезд и коричневых карликов на верном удалении друг от друга и от Солнца.

Каждая звезда коричневый карлик, находящаяся от Солнечной системы на расстоянии 26 световых лет, отмечена кружком. Синие кружки представляют известные ранее коричневые карлики, красные – открытые с помощью WISE.

Красными точками обозначены красные карлики, наименее массивные звезды, в которых есть синтез атомов водорода в гелий. Ни один коричневый карлик в солнечной системе, конечно же не обнаружен.

Астрономы предполагают, что этот результат следует рассматривать как предварительный. Они считают, что в данных WISE ещё, возможно, найдутся коричневые карлики, которые могут привести соотношение к 5:1 или 4:1. Однако паритет исследователи полностью исключают.

До сих пор не найдены коричневые карлики, которые находились бы к нам ближе, чем ближайшая к солнечной системе звезда Проксима Центавра, от которой нас отделяют 4,2 светового года.

Ближе могут находиться свободно передвигающиеся планеты с массами в несколько масс Юпитера, которые испускают настолько малое инфракрасное излучение, что их не смог уловить, как пишет , даже инфракрасный телескоп WISE.

Некоторые астрономы считают, что таких одиноких миров без солнца, путешествующих по нашей Галактике, может быть много миллиардов.

Небольшой фильм, в котором каждый найденный коричневый карлик отмечен кружком, сделан с помощью данных телескопа WISE.

Копирование статей запрещено! © 2012-2016 АСТРОновости

Коричневые карлики

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

В 60-х годах прошлого века астрономы выдвинули предположение о возможном существовании гипотетических тел субзвёздной массы, которые нельзя было отнести к какому-либо известному классу.

В литературе их называли как черные, бурые либо коричневые карлики. Постепенно последнее название прижилось и стало официальным.

Долгое время все разговоры о них носили лишь теоретические рассуждения, пока, наконец, в 1995 году случилось первое подтверждённое открытие.

Ввод в строй космических телескопов способствовал новым открытиям, и на данный момент число открытых объектов превысило сотню и продолжает ускоренно расти.

Коричневые карлики нельзя отнести к маломассивным звёздам, так как их недра не поддерживают устойчивые термоядерные реакции, что в свою очередь приводит к недостаточному разогреву поверхности и невысокой температуре.

С другой стороны, они слишком массивны, чтобы классифицироваться как обычные планеты.

Основное количество таких небесных тел имеет от 13 до 75 масс Юпитера, что ставит их в промежуточное положение между звёздами и планетами.

Ученые подметили важную особенность, которая присуща всем субзвёздным объектам, и помогает их выявлению с высокой точностью — наличие лития в спектре излучения. В полновесных звёздах, протекающие реакции термоядерного синтеза целиком сжигают этот легкий элемент, тогда как в коричневых карликах он сохраняется в неизменном виде.

Температура поверхности как правило колеблется от 700 до 2000К, что с учётом больших дистанций затрудняет поиск их в оптическом диапазоне.

Решением проблемы стало наблюдение в инфракрасном спектре, где отмечается наиболее высокая светимость.

Стоит отметить, что в отличие от звёзд главной последовательности, черпающих основную энергию на протяжении всего существования за счёт внутреннего синтеза, коричневые карлики получают тепло исключительно с момента зарождения.

После этого, на протяжении своей жизни карлик медленно остывает, излучая тепло в окружающее пространство. Чем больше исходной массы скопилось в момент зарождения, тем медленнее длится процесс остывания.

На сегодня самый близкий коричневый карлик обнаружен в 2006 году двойным 8-ми метровым телескопом Европейской обсерватории в Чили.

Проведённые измерения показали рекордно низкое расстояние — до него всего 12 световых лет! Объект вращается вокруг тусклой звезды на удалении составляющем только 3 а. е.

Анализ спектра выявил присутствие значительного количества метана в составе атмосферы, что стало возможным благодаря невысокой температуре.

Большое число открытых карликов позволило классифицировать их спектры в несколько главных категорий: L, T и Y. Прямую зависимость к принадлежности играет соотношение исходной массы к текущей температуре.

Самые массивные своими параметрами вплотную приближаются к легким красным карликам спектрального класса M, а затем, по мере остывания, постепенно смещаются в категорию L и так далее. Совсем недавно были открыты ультрахолодные объекты, температура которых не превышает 400 градусов по Цельсию.

Предполагается, что в Галактике может быть множество холодных и практически невидимых коричневых карликов, которые могли быть ответственными за дефицит скрытой массы во Вселенной.

Субзвёздные объекты поставили перед астрономами много различных задач. Оказалось, что холодную атмосферу несостоявшейся звезды довольно сложно наблюдать. Присутствие в атмосфере большого количества пыли ставит трудную проблему, так как взвесь осажденных частиц не только подменяет состав наличных элементов, но и препятствует прямому теплообмену, затрудняя тем самым точное анализирование.

Компьютерное моделирование с учетом взвешенной пыли предсказали мощный парниковый эффект. За счёт поглощения испускаемого излучения происходит разогрев верхних слоёв атмосферы и после конденсации пылинки начинают тонуть.

Возможно, данный механизм влияет на формирование густых облаков, способствуя возникновению сверхмощных циклонов.

Подобный шторм можно наблюдать на примере Юпитера – Большое Красное Пятно как раз представляет собой долгоживущий циклон, наблюдаемый на протяжении уже трех столетий.

Сперва эта теория не нашла понимания в научных кругах. Однако три года назад эту идею возродили уже на космическом уровне. Теперь доказано, что ускоренный гравитационный коллапс межзвездного газа с низким содержанием пыли при определенных условиях способен зарождать самофокусирующиеся ударные волны, образующие в зонах столкновения волновых фронтов резкий локальный нагрев среды.

Астрофизический журнал опубликовал работу, где показывается, что этот механизм способен обеспечить в недрах небольшого объекта до 400–500 тысяч К, что хватит для кратковременного запуска термоядерного синтеза. Если это объяснение найдёт подтверждение другими независимыми источниками, то существование ультрахолодных карликов станет окончательным фактом.

Коричневый карлик в Солнечной системе существует

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Дэвид Уилкок только что выпустил короткое сообщение, в котором он признается, что теперь верит, что  наша Солнечная система, на самом деле, является двойной звездной системы. Если это правда, то значит, что у нашего Солнца есть звезда-компаньон. По Уилкоку, эта другая звезда – коричневый карлик. 

Частное мнение. Коричневый карлик и бинарные системы Вы можете подумать, если наша солнечная система состоит из двух звезд, то почему мы не видим другую? Хороший вопрос. Ответ заключается в объяснении, что эта звезда-компаньон является коричневым карликом. Это своего рода звезда. Либо она никогда не получала необходимой массы, чтобы зажечь ядерные реакции синтеза и стать обычной звездой, в нашем понимании. Либо она дошла до такой точки, когда термоядерная реакция прекратилась. Коричневые карлики стали описывать недавно, и обычно их сравнивают с Юпитером, и наука в настоящее время обсуждает, следует ли проводить различие между карликовыми звездами и газовыми гигантами.

Две звезды, чтобы быть частью двойной системы, должны вращаться вокруг общего центра тяжести – точки гравитационного равновесия между ними.

По-видимому, именно такой сценарий мог бы объяснить некоторые аномалии во внешней части нашей Солнечной системы, которые  ученым было всегда сложно объяснять! И если есть коричневый карлик, звезда-компаньон, мы, очевидно, не увидим его, потому что он не горит.


 «Мягкое» раскрытие


Знаете ли вы, что астрономы, ученые считают, что наиболее видимые звездные системы являются бинарными? Многие ли это знали. Но  в последнее время стало заметно, что многие статьи касаются темы бинарных систем. Соедините это с объявлением, что телескоп НАСА Кеплер показал, что большинство звездных систем, вероятно, имеют планеты, и  аргументом будет то, что мы наблюдаем своего рода “мягкое раскрытие» научных открытий. В ходе исследований  по этой теме, стало известно, что ученые объявили  в этом году, что созвездие Mizar  на самом деле не просто двоичная система, а содержит шесть звезд!

Еще одна интересная история, связанная с нашей парной звездой, – появление  мема о втором Солнце на YouTube. Многие  видео, якобы от всяких разных людей со всех уголков планеты, показывают второй яркий объект в нашем небе.

Иногда это видно невооруженным глазом, но во многих случаях это можно увидеть только через фильтр. Большинство из этих видео не оказываются подделкой. Не понятно как они могли появиться.

Я пытался также увидеть второй яркий объект в небе. 

Я пытался блокировать солнце  двумя парами очков. В дни, когда облачный покров достаточно плотный, чтобы сделать видимым солнечный диск, не повреждая глаз, я заметил, что он, кажется, одиноким.

Но есть еще так много видео, что это явление по-прежнему представляется возможным, если не вероятным.

Зададимся вопросом, для чего поддельные видео кто-то создает и выставляет в Интернет? Одним из объяснений может быть то, что кто-то, очень сильный, хочет мягко облегчить коллективное человеческое приятие второго солнца.

Two suns photo courtesy Cameron Wright December 9, 2012 | Queensland, Australia

Конечно, они, вероятно, не являются подделкой. Я это говорю, не потому, что видео нельзя подделать.

Я говорю это потому, что изображение, размещенное чуть выше, представлено на моей собственной страничке другом Камерон Райт из Квинсленда, Австралия. Он сам сделал эту фотографию. Если само небо не является подделкой, конечно.

Данные фотографии и видео являются подлинными явлениями, отражающими происходящее. И они сделаны совсем недавно, в течение последних 24 часов!

Расстояние – это ключевой вопрос при исследовании коричневых карликов | SPACEPHOTOS.RU | Все о Космосе и Астрономии

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Они очень тусклые, практически у всех относительная малая масса, они охлаждаются и, в конце концов, затухают в течение некоторого периода времени. Они представляют огромный интерес для астрономов по множеству причин, но очень многое о них по-прежнему остается неизвестным.

https://www.youtube.com/watch?v=uExXcbTGSG4

Коричневые карлики слишком малы, чтобы поддерживать синтез водорода, процесс, который является основным при обеспечении звезд энергией.

Их температуры располагаются в очень широком диапазоне – они могут быть такими же горячими, как обычные светила, но могут охлаждаться до планетарного уровня температур.

Их массы также располагаются достаточно широко – от массы Солнца до планет-гигантов. Их исследование может пролить свет на процессы образования и развития звезд вообще.

Сейчас высказываются предположения, что коричневых карликов очень много и их общая масса может быть существенной во Вселенной. Обнаруживать подобные объекты очень тяжело, т.к. их яркость крайне незначительна.

Только с развитием современных телескопов, удается все больше и больше фиксировать коричневых карликов. Процессы, вызывающие их светимость, особенно, это касается объектов с более низкими температурами, малоизучены.

Однако этот основной параметр можно определить, если измерить удаленность объекта.

В одном из последних исследований ученые измерили расстояние до 134 звезд с низкой массой и коричневых карликов, из которых расстояние до 38 объектов ранее никогда не измерялось. Точное расстояние – фундамент, благодаря которому можно определить физические свойства и яркость коричневых карликов. В исследовании расстояние измерялось методом параллакса, и это касалось всех 134 объектов.

Параллакс может звучать как слово из научной фантастики, но на самом деле, все о нем хорошо знают.

Если держать ручку перед своим лицом и посмотреть на нее сначала только правым, а потом исключительно левым глазом, то может показаться, что она двигается относительно фоновых объектов.

Однако происходит всего лишь закрытие/открытие разных глаз, а ручка не двигается вообще. Это и есть параллакс.

Если держать ручку дальше от лица, она, как кажется, двигается меньше при переключении глаз, чем в том случае, когда она ближе к лицу. Таким же образом у более близких звезд есть большее параллактическое движение.

Какое отношение это имеет к астрономии? Это единственный прямой способ измерить астрономические расстояние.

Измеряя сдвиг в позиции объекта с разных мест земной орбиты по отношению к чему-то фиксированному на заднем плане, астрономы могут, используя школьную геометрию вычислить, как далеко находится объект.

Во время исследования удалось получить и другие результаты по измерению расстояния. Астрономы измерили параллактическое движение двух звезд, после чего определили их возраст.

Для этого они сравнили показатели движения с другими звездами, уже изученными. Оказалось, что у одной он составляет 30-50 млн. лет, а у другой 100 млн.

Измерение расстояния также могут сказать о месте объекта в пространстве, а не только указать ее позицию в небе на плоскости.

Также впервые был измерен параллакс для экзопланеты размером с Нептун, вращающейся вокруг маломассивной звезды. Сейчас известны всего лишь несколько экзопланет-гигантов, находящихся на орбитах подобных звезд, поэтому каждый экземпляр представляет интерес. Используя это измерение ученые уточнили радиус и оценили плотность экзопланеты, которая оказалась в два раза меньше, чем у Нептуна.

Один из ближайших к нам коричневых карликов превратился в планету

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Один из ближайших к нам коричневых карликов превратился в планету

Международная группа астрономов сообщила о вероятной переклассификации коричневого карлика совсем рядом (по астрономическим меркам) с нами.

Как сообщается в статье, принятой к публикации в The Astrophysical Journal Letters, тело под названием SIMP J013656.5 + 093347, или SIMP0136, удалено от нас всего на 21 световой год и находится в созвездии Рыб.

На сегодняшний день это один из самых близких к нам объектов такого рода.

Открыт SIMP0136 был в 2006 году и тогда считался обычным коричневым карликом, только маленьким. Последние уточнения его параметров позволяют утверждать, что масса небесного тела составляет примерно 13 масс Юпитера. По этой шкале наш герой находится прямо на границе, отделяющей планеты-гиганты от коричневых карликов.

При этом он не обращается вокруг какой-либо звезды, имея собственную орбиту внутри галактики — «как у больших». Не является он и звездой – для этого не хватило массы. Не исключено, что SIMP0136 все-таки коричневый карлик, т. е. внутри него идут или когда-то шли термоядерные реакции, но полной уверенности в этом нет.

Перед нами в некотором смысле вызов как минимум сложившейся астрономической терминологии — куда отнести открытие?

Обычные коричневые карлики после относительно короткого периода, когда в их недрах идут термоядерные реакции, медленно остывают, превращаясь в планетоподобные тела.

«Это означает, что температуры коричневых карликов могут варьироваться от столь же высоких, как у звезд, до таких же низких, как у планет, в зависимости от того, сколько им лет», – говорит Жаклин Фаэрти (Jacqueline Faherty), соавтор статьи.

У героя нашего повествования температура наружных слоев составляет около 800 градусов, что для звезды очевидно маловато, а для планеты много, но при этом он еще молод.

«Раньше было очевидно, чем планеты отличны от звезд, – говорит Адам Бургассер (Adam Burgasser), профессор физики в Калифорнийском университете в Сан-Диего и соавтор статьи. – Но этот объект и другие подобные нарушают эти критерии».

На сегодня о SIMP0136 известно, что, обладая планетарной массой, тело является членом группы молодых звезд, имеющих возраст около 200 миллионов лет. Это облегчает определение его собственного возраста и служит своего рода примером авторам будущих открытий: такого рода звездные коллективы помогут определить возраст и иных, пока не открытых, миров.

Тела, не обращающиеся вокруг звезд, очень трудно обнаружить, потому что они могут быть расположены где угодно в небе и при этом мало отличаются от коричневых карликов или очень маленьких звезд. По этой причине исследователи подтвердили пока лишь несколько свободных объектов планетарной массы.

Тем не менее, они очень интересны для исследования, поскольку в данном случае ученым не мешает свет их звезд. SIMP0136 уже успел порадовать исследователей, обнаруживших в его атмосфере некую рябь, истолкованную ими как признак перемены погоды.

Учитывая, что дело происходит на в общем-то планете, результаты ее наблюдений могут быть экстраполированы на другие миры, где атмосфера предполагается, но наблюдать ее значительно труднее.

«Перевод SIMP0136 из числа коричневых карликов в элитный клуб “независимых” планет-гигантов, сбежавших от своих звезд, стало приятным открытием для нас.

В прошлом мы уже находили намеки на существование погоды на этом объекте, еще тогда, когда мы считали его коричневым карликом, и его изучение поможет нам пролить свет на состав и поведение атмосферы на других экзопланетах», — объясняет соавтор Этьен Артиго (Ethienne Artigau) из Университета Монреаля.

Некоторое время назад мы уже писали о наблюдениях коричневых карликов. Этот тип объектов интереснее, чем может показаться.

Астрономы решили одну из загадок коричневых карликов

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Тусклые астрономические объекты, называемые коричневыми карликами, менее массивны, чем наше Солнце, но при этом более массивны нашего газового гиганта Юпитера.

Они обладают атмосферой с мощными ветрами и массивными облаками пятнистой формы и состоящими в основном из капель расплавленного железа и силикатной пыли.

Недавно было установлено, что эти гигантские облака могут очень быстро (менее чем за один земной день) скапливаться и так же быстро рассеиваться. Но при этом исследователи не понимают, почему это происходит.

В рамках же нового анализа данных, собранных с помощью космического телескопа «Спитцер», международная группа ученых смогла создать модель, объясняющую, как именно облака коричневых карликов двигаются и изменяют свою форму.

Создаваемые этими объектами гигантские волны запускают очень масштабное движение частиц в атмосфере коричневых карликов, изменяя толщину силикатных облаков. Об этом ученые сообщили на страницах журнала Science.

В отчете также предполагается, что эти облака скапливаются вместе на разных высотах, двигаясь с разной скоростью и направлением.

Волны могут формироваться не только на воде, как, например, в наших морях и океанах, но и в атмосфере планет. Если брать нашу планету, то очень длинные волны смешивают холодный воздух полярных регионов с воздушными массами средних широт, что чаще всего приводит либо к появлению, либо рассеиванию облаков.

Распределение и движение облаков у коричневых карликов, ставших объектами данного исследования, оказались наиболее похожими на те, что ученые наблюдали на Юпитере, Сатурне и Нептуне.

Последний тоже обладает несколькими воздушными потоками, которые двигаются в противоположном направлении, но состоят они в основном изо льда.

Наблюдение за Нептуном с помощью космического телескопа «Кеплер» стало ключевым в этом сравнении между планетами и коричневыми карликами.

Коричневые карлики можно рассматривать как неудавшиеся звезды, так как их масса слишком мала, чтобы поддерживать химические реакции элементов в их ядрах. Но их также можно рассматривать и как «суперпланеты», так как они массивнее Юпитера, но при этом обладают приблизительно тем же диаметром.

Как и газовые гиганты, коричневые карлики в основном состоят из водорода и гелия, однако они довольно часто встречаются за пределами какой-либо планетарной системы.

А в 2014 году, в рамках исследования, проводившегося с применением космического телескопа «Спитцер», ученые выяснили, что на коричневых карликах довольно часто бушуют атмосферные шторма.

Благодаря своей похожести с гигантскими экзопланетами коричневые карлики могут являться окном в другие планетарные системы. При этом эти объекты гораздо проще изучать, потому что они, как правило, не имеют рядом с собой настоящих ярких звезд, затрудняющих наблюдение за ними, как это часто бывает с экзопланетами.

Используя «Спитцер», ученые проводили наблюдение за изменением светимости шести коричневых карликов в течение почти полутора лет, став свидетелем 32 оборотов вокруг своей оси каждого из них.

По мере вращения коричневого карлика его облака то появляются, то исчезают в том полушарии, за которым ведется наблюдение в телескоп, что изменяет его яркость.

Благодаря этому ученые смогли проанализировать эти световые изменения, чтобы выяснить, каким образом происходит распределение силикатных облаков в атмосфере таких объектов.

Ранее ученые предполагали, что у коричневых карликов будут иметься эллиптические шторма, похожие на Большое красное пятно Юпитера, вызываемое и поддерживаемое зонами высокого давления.

Пятно находится на Юпитере вот уже сотню лет и за это время мало изменилось. Но подобные «пятна» не могут объяснить такие быстрые изменения в яркости, которые наблюдали ученые при изучение коричневых карликов.

Отмечаемые изменения происходили менее чем за одни земные сутки.

Чтобы докопаться до истины, ученым пришлось пересмотреть свое предположение.

И лучшей моделью, которая объясняла бы подобное поведение и резкие изменения в светимости, оказалась та, что описывает огромные атмосферные волны, проявляющиеся с разным интервалом.

Эти волны заставляют атмосферные потоки вращаться в противоположные стороны. Суперкомпьютер и новый компьютерный алгоритм помогли исследователю Аризонского университета Теодоре Каралиди создать карту движения облаков у коричневых карликов.

Эти результаты полностью объясняют странное изменение в яркости, которое наблюдали ученые до этого при изучении коричневых карликов. Следующим шагом будет попытка лучше понять, что именно создает волны, которые запускают движение атмосферных масс этих объектов.

Космический телескоп«James Webb» поможет раскрыть природу коричневых карликов

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Космический телескоп NASA «James Webb», запуск которого запланирован на 2019 год, благодаря передовым инструментам для исследования космоса в инфракрасном диапазоне поможет раскрыть астрономам природу таинственных коричневых карликов. Первыми целями станут «неудавшаяся звезда» SIMP0136 и звездный питомник NGC 1333 в созвездии Персея.

Наблюдения могут заложить основу для будущих исследований экзопланет с помощью «James Webb», в том числе миров, способных поддерживать жизнь. Инфракрасные приборы телескопа будут способны определять молекулы в атмосферах экзопланет, улавливая, какие элементы поглощают свет в момент прохождения планеты перед звездой (транзитная спектроскопия).

Коричневый карлик в представлении художника. Credit: NASA

Теоретическое существование коричневых карликов было предложено еще в 1960-х годах, а в 1995 году был открыт первый из них – Тейде 1 на расстоянии 400 световых лет от Земли в созвездии Тельца.

Большое количество исследований, основанных на наблюдениях телескопов, таких как «Hubble», «Spitzer» и ALMA, показали, что массы субзвездных объектов варьируются от 5 до 90 масс Юпитера, что недостаточно для поддержания стабильного водородного синтеза в ядре, который является отличительной чертой звезд.

Однако астрономы пока так и не ответили на главный вопрос, как же формируются коричневые карлики: подобно звездам в результате гравитационного коллапса или как планеты в ходе аккреции вещества в протопланетном диске.

Исходя из того, что коричневые карлики обнаружены как по соседству со звездами, так и блуждающими в одиночку, верным может оказаться любое из предположений.

Этьенн Артигау из Университета Монреаля (Канада) возглавляет команду, которая будет изучать коричневый карлик SIMP0136 с помощью «James Webb».

Эта молодая, изолированная неудавшаяся звезда является одной из самых близких к нам.

SIMP0136 был объектом предыдущего исследования этой команды, в котором она обнаружила доказательства наличия у него облачной атмосферы, и ученые надеются, что новые наблюдения позволят установить ее химический состав.

Поиск маломассивных одиноких коричневых карликов был одной из первых целей, предложенных для «James Webb» в 1990-х годах. Так как они имеют меньшую массу, чем звезды, и не «сияют», а просто излучают тусклое послесвечение, лучше всего коричневые карлики видны в инфракрасном свете, поэтому преемник «Hubble» станет ценным инструментом в их изучении.

Звездный кластер NGC 1333.

Credit: NASA/CXC/JPL

Другая команда астрономов, возглавляемая Алексом Шольцем из Сент-Эндрюсского университета (Шотландия), с помощью инструмента NIRISS телескопа «James Webb» проведет исследование NGC 1333 в созвездии Персея.

NGC 1333 является звездным питомником, в котором обнаружено необычно большое количество коричневых карликов, при этом некоторые из них находятся на нижней границе массы, другими словами, они лишь немного массивнее Юпитера.

«За более чем десятилетие поисков наша команда обнаружила, что очень трудно найти коричневые карлики, масса которых составляет примерно пять масс Юпитера. Мы очень рады, что благодаря «James Webb» у нас появилась возможность выйти на новый уровень и потенциал для открытия совершенно нового типа планет, блуждающих по Галактике, как звезды», – заключил Алекс Шольц.

Загадки коричневых карликов

Коричневые карлики: от изучения к загадкам – все о космосе

Этот класс объектов был обнаружен совсем недавно, хотя некоторые ученые уже давно предсказывали их появление, только сначала под другим именем — черные карлики.

В середине 1970-х годов астрономы выяснили, что помимо наблюдаемых в телескоп нормальных ярких звезд, в нашей и других галактиках присутствует огромное количество невидимого вещества.

Подозрение пало на тусклые карликовые объекты, существование которых теоретически рассчитали еще в 60-е годы — из черных их предлагали переименовать в инфракрасные или даже малиновые, поскольку термин «черный карлик» уже использовался для описания конечной фазы существования звезды, когда она остывает после фазы белого карлика. В 1975 году астроном Джил Тартер предложила название «коричневый карлик», которое прижилось и навсегда закрепилось за этими космическими объектами.

Вплоть до середины 90-х в научном мире регулярно появлялись неподтвержденные сообщения об обнаружении этих объектов. Проводились специальные конференции, выходили книги, но каждый раз найденный карлик при более внимательном изучении оказывался звездой.

И только через двадцать лет после того, как эти невидимки получили своё окончательное название, после компьютерного анализа многочисленных снимков неба в научном астрономическом центре в Эдинбурге ученым удалось обнаружить, наконец, первых коричневых карликов, а официальное сообщение об открытии было сделано в апреле 1996 года на конференции британского астрономического общества в Ливерпуле. Первые два коричневых карлика были обнаружены в Плеядах — скоплении молодых звезд в созвездии Тельца, находящихся на расстоянии около 400 световых лет от Солнца. Третий — всего в 19 световых годах от Земли, обращающийся вокруг звезды — красного карлика Глизе 229.

Так что же это за неуловимый космический житель? Звезда? Планета?

От нормальных звезд коричневые карлики отличаются тем, что температура в их недрах никогда не достигает значений, необходимых для важнейшей термоядерной реакции — превращения водорода в гелий, благодаря которой, собственно, звезды и светят.

Но, с другой стороны, по сравнению с планетами, вообще не способными к термоядерному синтезу, коричневые карлики на начальном этапе своей жизни все же разогреваются настолько, что сжигают в термоядерных реакциях некоторые редкие элементы (дейтерий, литий), что делает их на короткое время похожими на звезды.

Обычно масса коричневых карликов не превышает 70 масс Юпитера.

В противоположность звездам, подобным Солнцу, которые основную часть своего жизненного цикла проводят, сжигая водород и сохраняя постоянную внутреннюю температуру, коричневые карлики постоянно становятся все холоднее и холоднее: из-за небольшой массы коричневые карлики не имеют долговременного внутреннего источника энергии, и поэтому они обречены на медленное увядание, наступающее, когда в космическое прстранство уходят последние остатки тепла, выделившегося в период их формирования. Но несмотря на то, что их массы еще недостаточно для пуска в недрах термоядерных реакций, тем не менее они светят в инфракрасном и даже немного в видимом диапазоне за счет тепла, выделяющегося при медленном гравитационном сжатии. Выходит, все-таки не совсем звезды? Быть может, это — планеты?

За время, прошедшее с момента открытия коричневых карликов, ученые нашли у них много общего с планетами – гигантами, но есть также и различия.

Например, облака из пыли и испарений, так же как и большое количество метана, которые были обнаружены в атмосферах самых холодных коричневых карликов, напоминали подобные условия на Юпитере и Сатурне.

В то же время есть два главных отличия: в атмосфере у коричневых карликов вода всегда находится в газообразном состоянии, в то время как на планетах-гигантах она в виде льда. В атмосфере коричневых карликов ни разу не был обнаружен аммиак, в то время как он является одной из составляющих атмосферы Юпитера.

На сегодня известны два класса коричневых карликов: класс L, температура которых от 1200 до 2000 градусов по Цельсию, а верхние слои атмосферы представляют собой облака пыли и испарений; и класс Т с температурой ниже 1200 градусов и атмосферой с большим количеством метана.

На этом, пожалуй, стоит остановиться чуть подробнее.

Ведь открытие коричневых карликов повлекло за собой если не переворот, то, по крайней мере, серьезный пересмотр астрономической классификации звезд, которой ученые благополучно пользовались уже сто лет! По этой схеме звезды классифицируются буквами, указывающими тип их спектра.

От самых горячих до самых холодных звезд буквы следуют таким образом: О, В, А, F, G, К, М.

Дэви Киркпатрик (Калифорнийский университет) и Эдуарде Мартин предложили расширить эту спектральную классификацию буквой L, которой можно было бы обозначать объекты с температурами от 2000 до 1400 К, то есть более холодные, чем класс М. Некоторые из L-карликов — звезды еще в процессе формирования, но большая часть из них, весьма вероятно, коричневые карлики. Кроме этого, Киркпатрик предложил ввести еще одну букву — Т — для обозначения объектов холоднее 1400'К, таких как Глизе 229B, Юпитер и Сатурн. L-карлики разбросаны повсюду. Их больше, чем каких-либо других типов звезд в нашей Галактике.

Появившиеся в поле зрения ученых коричневые карлики создали еще одну проблему астрономам. Дело в том, что до середины 1990-х годов граница между звездами и планетами представлялась вполне определенной.

Наиболее массивной планетой считался Юпитер, масса которого составляет всего 0,001 массы Солнца, а наименьшие среди известных звезд были значительно крупнее: они имели массу около 0,1 солнечной. Однако за последние годы были обнаружены экзопланеты, во много раз массивнее Юпитера и близкие к ним по массе мини-звезды.

Это потребовало точного определения понятий «звезда» и «планета» на основе физических различий в их эволюции. Поскольку характерным признаком звезды служат протекающие в ее недрах термоядерные реакции, именно их отсутствие было положено в основу определения планеты.V

Открытым остается вопрос, как формируются коричневые карлики. Общепринятая теория происхождения звезд не дает на него ответа.

Объекты столь малой массы могли бы формироваться подобно планетам-гигантам в околозвездных дисках.

Но обнаружено довольно много одиночных коричневых карликов (например, в туманности Ориона); трудно, предположить, что все они сразу после рождения были потеряны своими более массивными компаньонами.

Недавно коричневые карлики загадали ученым еще одну загадку: ирландские астрономы установили, что они могут быть источниками периодического радиоизлучения, словом, вести себя так же, как пульсары — экзотические объекты совсем другого класса. Каким образом? Почему?

Вскоре ученые обнаружили самый холодный из известных на сегодня коричневых карликов. Он свободно «плавает» в космосе, не связанный со звездой-компаньоном. Его масса примерно равна 15 — 30 массам Юпитера, а температура на 350 С холоднее других, объектов этого класса.

Коричневый карлик, названный CFBDS J005910.83-011401.3, находится на расстоянии около сорока световых лет от нашей Солнечной системы.

Он был обнаружен международной командой ученых с помощью трех мощных телескопов, находящихся на Гавайях и в Чили.

Этот коричневый карлик выглядит куда больше похожим на планету – гигант, чем другие известные его собратья,— как из-за чрезвычайно низкой температуры поверхности, так и из-за наличия в атмосфере аммиака.

Из-за содержания аммиака и более низких, чем у классов L и Т, температур CFBDS J005910.83-011401.3 может стать прототипом для еще одного, совершенно нового класса коричневых карликов, который условно назван Y-классом. Этот класс может оказаться самым холодным классом звездных объектов, а следовательно, связующим звеном между звездами и планетами.

Атмосфера коричневых карликов выглядит очень похожей на планеты – гиганты, и поэтому физические условия на них строятся по одной модели.

Но изучение планет-гигантов существенно затруднено из-за их близости к звездам, свет и излучение которых заглушает собственное излучение планеты.

Коричневые карлики же зачастую изолированы от таких влияний, в непосредственной близости от них может не быть звезд — подавляющее большинство коричневых карликов свободно плавают в космосе, — что делает их более, удобными объектами для изучения.

Так, наблюдая за коричневыми карликами, температуры которых близки к температурам планет-гигантов, можно получить представление и смоделировать процессы, происходящие в атмосферах планет.

Алина БЕЛАРИС

Adblock
detector