Коричневые карлики: слишком малы, чтобы быть звездами, и слишком велики, чтобы быть планетами.
Коричневые карлики, открытые в 1990-х, — это объекты, недостаточно массивные для термоядерного синтеза водорода, как у звезд. Они излучают теплое тусклое свечение, а не яркий свет.
В новом исследовании, опубликованном в Science, астрономы обнаружили фосфин — молекулу, связанную с гипотезой жизни на Венере — в атмосфере коричневого карлика Wolf 1130C. Это ставит под сомнение фосфин как надежную "биосигнатуру" инопланетной жизни, поскольку он найден в негостеприимной среде, где наше понимание его жизненного цикла неполно.
Коричневые карлики формируются из сжимающихся газовых облаков, нагреваясь до синтеза дейтерия (тяжелого водорода), но не далее. Гравитационный коллапс и синтез создают тепло в ядре, вызывая конвекцию: газ поднимается, передавая тепло, и опускается. Поверхностная температура варьируется от 2000°C у молодых до комнатной у холодных; тепло излучается в инфракрасном спектре.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) позволяет наблюдать эти объекты, выявляя молекулы по спектральным "штрих-кодам". Фосфин (PH3) — простая молекула из фосфора и водорода.
В 2020 году фосфин был предположительно найден на Венере, где он быстро разрушается, что указывало на возможное биологическое происхождение. На Земле он связан с жизнью, но присутствует в атмосферах Юпитера и Сатурна без признаков жизни, образуясь в нижних слоях и поднимаясь вверх.
Модели предсказывали фосфин в горячих коричневых карликах и экзопланетах, но ранние наблюдения JWST 23 объектов (температура 100–700°C) его не выявили. Обнаружение в Wolf 1130C (около 320°C) соответствует моделям, возможно, из-за возраста или низкого содержания металлов.
Однако нет единой модели, объясняющей фосфин на Юпитере, Сатурне, Wolf 1130C и других объектах. Это подрывает его использование как биосигнала, предполагая, что венерианский фосфин мог быть результатом неизвестной химии, а не жизни. Гипотеза внеземной жизни остается открытой, но требует осторожности.
Коричневые карлики (или бурые карлики) — это субзвёздные объекты с массой от 0,013 до 0,075 солнечных масс (M⊙), обладающие промежуточными характеристиками между звёздами и планетами. Они могут поддерживать термоядерные реакции, но не достигают уровня светимости звёзд, что приводит к их постепенному сжатию и тускнению.
Коричневые карлики имеют низкую светимость (менее 0,04 солнечных светимостей) и температуру, не превышающую 2800 K, а у самых холодных из них она может быть около 300 K. Радиусы коричневых карликов близки к радиусу Юпитера. В их недрах могут происходить реакции горения дейтерия, лития и водорода, однако эти элементы быстро исчерпываются.
Различить коричневые карлики, звёзды и планеты бывает сложно. Самые массивные коричневые карлики могут иметь светимость, сравнимую с тусклыми звёздами, тогда как легкие коричневые карлики напоминают планеты-гиганты. Для определения типа объекта можно измерить количество лития и ускорение свободного падения, которое у коричневых карликов значительно больше.
Коричневые карлики формируются путём коллапса молекулярных облаков, но не выходят на главную последовательность, как звёзды. В конце своей эволюции они тускнеют и становятся чёрными карликами. Существование коричневых карликов было предсказано в 1963 году, а первый подтверждённый коричневый карлик, Глизе 229 B, был обнаружен в 1995 году.
Коричневые карлики полностью конвективны, и в их атмосферах могут образовываться молекулы и частицы пыли. При температурах ниже 2500 K в атмосферах могут формироваться облака, а также происходить метеорологические явления.
Спектральный класс Коричневых карликов.
Коричневые карлики делятся на четыре спектральных класса: M, L, T и Y, в зависимости от температуры и состава их атмосферы. Класс M включает самые молодые и массивные коричневые карлики, класс L — более холодные, класс T — метановые карлики, а класс Y — самые холодные, с наличием аммиака в спектрах.
Транзит коричневого карлика на фоне материнской звезды.
Международная команда астрономов сообщает об обнаружении двух новых коричневых карликов, которые вращаются вокруг удаленных звезд, с помощью космической обсерватории NASA по транзитным экзопланетам (TESS). Новые объекты имеют массу примерно в 30 раз больше массы Юпитера. Это открытие было подробно изложено в статье, опубликованной 7 марта на сайте arXiv.
Коричневые карлики представляют собой промежуточные объекты между планетами и звездами, занимая диапазон масс от 13 до 80 масс Юпитера (от 0,012 до 0,076 солнечных масс). Хотя на сегодняшний день было обнаружено много коричневых карликов, объекты, вращающиеся вокруг других звезд, являются редкой находкой.
Кривые блеска изменений яркости двух звезд при прохождении коричневых карликов.
TESS проводит обследование около 200,000 самых ярких звезд рядом с Солнцем с целью поиска транзитных экзопланет. На данный момент он идентифицировал более 7,500 кандидатов в экзопланеты (TESS Objects of Interest, или TOI), из которых 612 были подтверждены.
Теперь команда астрономов под руководством Элины Я. Чжан из Университета Гавайев идентифицировала сигнал транзита в кривой света двух удаленных звезд, а именно: TOI-4776 (TIC 196286578), расположенной примерно в 1,206 световых годах, и TOI-5422 (TIC 80611440) на расстоянии 1,134 световых года. Дальнейшие наблюдения этих звезд показали, что сигналы транзита вызваны не планетами, а более массивными объектами.
"TOI-4776 b и TOI-5422 b — это два недавно открытых коричневых карлика с низкой массой, обнаруженных TESS, которые проходят между своей звездой по почти круговым орбитам. Мы использовали кривые блеска TESS и наземные наблюдения, наземное наблюдение радиальной скорости и измерения параллакса из Gaia DR3 для характеристики коричневых карликов," объяснили исследователи.
Согласно статье, TOI-4776 b имеет размер Юпитера, но примерно в 32 раза более массивен, чем крупнейшая планета солнечной системы. Коричневый карлик совершает оборот вокруг своей звезды каждые 10.41 дня, на расстоянии примерно 0.1 астрономической единицы от нее. Хозяин — это звезда типа F, немного больше и массивнее Солнца, с эффективной температурой 6,011 K и возрастом около 5.4 миллиарда лет. Температура равновесия коричневого карлика была рассчитана как 1,032 K.
Коричневой карлик TOI-5422 b оказался меньшим и менее массивным, чем TOI-4776 b — его радиус составил 0.81 радиусов Юпитера, а масса была измерена в 27.7 масс Юпитера. TOI-5422 b имеет период обращения 5.37 дней, температуру равновесия 1,355 K и находится на расстоянии около 0.06 астрономической единицы от родительской звезды. Что касается хозяина TOI-5422, это субгигант с радиусом 1.48 радиусов Солнца и массой 1.05 солнечных масс. Звезда имеет возраст около 8.2 миллиарда лет, а ее эффективная температура составляет 5,744 K.
Подводя итоги, авторы статьи подчеркнули, что TOI-5422 b является одним из старейших транзитных коричневых карликов, когда-либо обнаруженных. Они добавили, что этот коричневый карлик, вероятно, ускоряет вращение своей звезды-хозяина, и его орбита выровнена с осью вращения звезды.
Туманность пламя и исследуемые участки Джейма Уэбба.
Туманность Пламя — это не просто красивая туманность, а настоящая фабрика звёзд! Находясь на расстоянии примерно 1400 световых лет от Земли, она полна энергии и динамики, готовая подарить нам довольно неожиданные открытия. Этот регион, возрастом менее миллиона лет, изобилует коричневыми карликами, так называемыми «неудавшимися звёздами», которые, как ни печально, не смогли достичь статус настоящих светил.
Но давайте немного подробнее разберёмся, почему же коричневые карлики получают такое «жалкое» прозвище. Эти объекты, берущие своё начало газопылевых облаков, не способны достичь критической массы, чтобы начать сжигать водород, и со временем становятся тусклыми и холодными — в отличие от своих более светил, которые ярко сияют! Но когда коричневые карлики ещё молодые, они все еще могут сверкать и даже манить исследователей, как магнит.
Кружочками отмечены возможные коричневые карлики ( неудавшиеся звезды ).
Космический телескоп Джеймса Уэбба стал нашим космическим «глазом», способным пробиться через пыль и газ Туманности Пламя, чтобы увидеть эти невидимые для большинства телескопов коричневые карлики. Ученые, возглавляемые Мэттью Де Фурио из Университета Техаса, провели захватывающее исследование, в ходе которого они искали «нижний предел» массы для коричневых карликов. В результате команда обнаружила свободно плавающие объекты с массой примерно в два-три раза превышающей массу Юпитера.
Но почему это так важно? Исследование этого «недостатка» поможет понять, каким образом формируются звёзды и коричневые карлики, а также выявить закономерности звездообразования.
Фрагментация — вот главный процесс, о котором идёт речь. Она определяет, как большие молекулярные облака разделяются на всё более мелкие кусочки. На протяжении этого процесса внутренние силы — гравитация, температура и давление — ведут свою борьбу. Если кусочек этого облака слишком маленький и не может сконденсироваться, он будет продолжать сжиматься и терять своё тепло. В конечном итоге, когда внутреннее давление основывается на достаточной массе, у нас возникает звезда. Если же нет, то мы получаем коричневого карлика.
Теперь, когда у нас есть данные от Уэбба, учёные на самом деле могут увидеть, что нижний предел для свободно плавающих объектов, возможно, находится ниже традиционных представлений — где-то между одной и десятью массами Юпитера. Но само исследование показывает, что объектов массой меньше трёх Юпитеров, похоже, нет! Это открытие действительно шокирует и ставит множество вопросов для дальнейших исследований.
Не стоит забывать и о наследии Хаббла, который в течение десятилетий работал на этом фронте, предоставляя данные и идентифицируя возможные кандидаты для дальнейшего изучения. Теперь благодаря Уэббу, мы стоим на пороге новых открытий!
Ученые обещают продолжить их исследования, применяя спектроскопические инструменты Уэбба, чтобы узнать больше о различных объектах в Туманности Пламя. Будет ли это холодный коричневый карлик или всё-таки планета — мы ждём с нетерпением, чтобы понять, что из этого является чем и почему.
Что представляет собой астрономический объект «коричневый карлик» и чем он отличается от звезд и от планет
Если вас вдруг кто-то попросит перечислить основные виды небесных тел, которые можно встретить в космическом пространстве, что вы ответите? Первое, что вспоминается из уроков астрономии, – это звезды и планеты. А еще – кометы и астероиды. Но мало, кто из нас вспомнит, что есть среди небесных тел такие интересные астрономические объекты, как коричневые карлики. Чем же они примечательны и почему получили такое необычное название?
Коричневые карлики – это так называемые субзвездные объекты, которые по физическим характеристикам представляют собой нечто среднее между звездами и планетами. Коричневые карлики более массивны, чем планеты, но имеют меньшую массу, чем звезды: в среднем их масса составляет от 13 до 80 масс Юпитера и от 0,013 до 0,075 масс Солнца. Размеры коричневых карликов сопоставимы с размерами планет-гигантов. Радиус самых маленьких представителей этих небесных тел может быть меньше, чем у Юпитера.
В отличие от планет, коричневые карлики способны поддерживать термоядерные реакции в своих недрах. Однако в результате этих реакций выделяется значительно меньше энергии, чем при термоядерных реакциях, происходящих в недрах звезд. Поэтому коричневые карлики обладают очень невысокой светимостью (менее 0,04 солнечной), а температура их поверхности составляет всего от 300 до 2800 К (для сравнения температура поверхности Солнца равна 5780 К). Излучение, генерируемое этими небесными телами, находится в основном в инфракрасном диапазоне. А их видимый цвет – темно-красный или даже коричневатый, из-за чего они и получили свое название.
Коричневые карлики в основном формируются подобно звездам: путем гравитационного коллапса молекулярных облаков. Хотя есть предположение, что легкие коричневые карлики образуются, как и планеты, в массивных околозвездных протопланетных дисках.
В недрах коричневых карликов, как и в недрах звезд, могут происходить некоторые термоядерные реакции. В первую очередь это горение дейтерия, которое характерно даже для самых легких коричневых карликов. Если же масса небесного тела составляет хотя бы 0,055 – 0,06 солнечной, то в его недрах возможна также реакция горения лития. Но дейтерий и литий – достаточно редкие химические вещества, запасы которых быстро иссякают в процессе термоядерных реакций. Самые массивные коричневые карлики (масса превышает 0,06 солнечной) способны даже сжигать водород, но прекращаются эти термоядерные реакции по сравнению со звездными очень быстро. После исчерпания источников энергии коричневые карлики начинают тускнеть, возможно, в конце своего жизненного цикла превращаясь, как и солнцеподобные звезды, в черные карлики.
Многие коричневые карлики имеют атмосферу, где при сравнительно низких температурах (менее 2500 К) могут образовываться облака, по внешнему виду очень похожие на те, которые мы наблюдаем у Юпитера. В целом в этих атмосферах возможны такие же метеорологические явления, как и в атмосферах планет-гигантов.
Двойная система Змееносец 162225 – 240515 (Oph 162225 – 240515). Пара двух легких коричневых карликов, которые вращаются вокруг общего центра тяжести (Источник изображения: https://www.eso.org/public/images/eso0629a/)
Существование коричневых карликов теоретически предсказал еще в 1963 году астрофизик индийского происхождения Шив Кумар, который исследовал эволюцию звезд массой менее 0,1 солнечной. Он обнаружил, что существует минимальное значение массы (0,07 – 0,09 солнечной), при котором звезда способна длительное время поддерживать реакцию горения водорода. А значит, в недрах звездоподобных объектов, обладающих меньшей массой, термоядерные реакции должны иметь несколько другой характер. Такие небесные тела Кумар предложил называть «черными карликами», но этот термин уже использовался для других объектов. Поскольку цвет коричневых карликов темно-красный, то им бы больше всего подошло название «красный карлик», но оно тоже уже было занято. Поступали предложения назвать эти небесные тела «инфракрасными карликами» или «экстремально красными карликами», но они не получили распространение в научной среде. В результате название «коричневый карлик», которое сохранилось до наших дней, ввела в 1975 году американский астроном Джилл Тартер.
Систематические поиски коричневых карликов были безуспешными до середины 1990-х годов. Астрономы обнаружили несколько объектов-кандидатов, но ни один из них не был подтверждён. Поэтому долгое время существование коричневых карликов подвергалось сомнению и было предметом научных споров. И вот наконец, в 1995 году было открыто несколько коричневых карликов и научно подтверждено их существование. Один из них – Глизе 229 В, который является спутником красного карлика Глизе 229 А. Именно его принято считать первым открытым и научно подтвержденным коричневым карликом. С тех пор ученые открыли еще более 11 000 подобных астрономических объектов, большинство из которых удалось обнаружить при исследовании космического пространства в инфракрасном диапазоне излучения. Ученые предполагают, что количество коричневых карликов во Вселенной сопоставимо с количеством звезд.
В настоящее время научно доказано, что вокруг коричневых карликов, как и вокруг звезд, могут вращаться планеты. Некоторое количество таких экзопланет уже открыто астрономами. Не исключено, что часть из них находится в так называемой «обитаемой зоне», где возможно присутствие воды в жидком состоянии, а значит, и существование некоторых форм жизни. Для создания таких условий коричневый карлик должен быть достаточно массивным (превышать по массе Юпитер не менее, чем в 40 раз), поскольку легкие коричневые карлики быстро тускнеют и их планеты оказываются вне зоны обитаемости за время, недостаточное для развития жизни.
Еще больше интересных статей и захватывающих видео вы сможете найти на нашем Дзен-канале: ГОРОД НАУКИ | Дзен,
Телескоп Gaia обнаружил колебания двух маломассивных звезд. Они вызваны гравитацией крупного газового гиганта и коричневого карлика, получивших обозначение Gaia-4b и Gaia-5b. Artist_impression_of_brown_dwarf_Gaia-5b_pillars.png
Gaia-4b представляет собой суперюпитер. Это относительно холодный газовый гигант, расположенный на расстоянии 244 световых лет от Земли. Он примерно в 12 раз массивнее Юпитера, его период обращения вокруг звезды составляет 570 дней.
Что касается Gaia-5b, то это коричневый карлик. Он расположен на расстоянии 134 световых лет от Земли, его масса в 21 раз превышает массу Юпитера. Такие объекты иногда называют неудавшимися звездами. В их недрах могут идти некоторые термоядерные реакции, но они никогда не зажигаются как полноценные звезды.
И Gaia-4b и Gaia-5b вращаются вокруг маломассивных красных карликов, что считается крайне редким сценарием. В теории, такие тела не должны обладать достаточными протопланетными дисками для формирования столь массивных объектов. Так что находка может привести к пересмотру нынешних моделей. Ученые надеются, что после публикации в 2026 году нового релиза данных Gaia, им удастся еще немало экзопланет и коричневых карликов, что позволит понять, насколько широко распространены такие системы.
Коричневые карлики являются промежуточным состоянием между звёздами и планетами. Всего было известно о 3000 объектах, которые можно назвать коричневыми карликами. Но недавно учёные смогли обнаружить ещё порядка 60 подобных космических тел за пределами Млечного Пути.
Коричневые карлики (или бурые карлики) — представляют собой особый класс космических объектов. Их принято называть субзвёздными объектами. По физическим характеристикам они являются чем-то средним между планетами и звёздами. В отличие от планет, они могут поддерживать термоядерные реакции в своих недрах. Однако в отличие от звёзд, коричневые карлики никогда не достигают мощности энерговыделения в реакциях, достаточной для того, чтобы скомпенсировать затраты на собственную светимость. Из-за этого они вынуждены выделять энергию за счёт сжатия и продолжать тускнеть, не выходя на постоянную светимость.
Сравнение размеров Солнца, коричневых карликов и Юпитера
Удивительно в данной новости то, что астрономы обнаружили коричневых карликов за пределами нашей галактики.
Сообщается, что бурые карлики расположены примерно в 200 000 световых лет от Земли в окрестностях Малого Магелланова Облака.
Скопление коричневых карликов удалось обнаружить в звёздном скоплении NGC 602.
Малое Магелланово Облако является карликовой неправильной галактикой, являющейся галактикой-спутником Млечного Пути. В Малом Магеллановом Облаке известно о примерно 600 звёздных скоплениях.
Малое Магелланово Облако
Ещё никогда ранее астрономы не наблюдали такие объекты за пределами нашей галактики.
Коричневые карлики очень напоминают Юпитер. Размеры коричневых карликов редко превышают диаметр планеты, тогда как их масса в 13-75 раз больше, чем у Юпитера.
Чаще всего коричневые карлики дрейфуют в космическом пространстве свободно, не являясь спутниками других более крупных космических тел.
Коричневые карлики — это тела, занимающие промежуточное положение между планетами-гигантами и звездами. Их массы лежат в диапазоне от 13 до 80 масс Юпитера. Этого недостаточно для того, чтобы в их недрах «запустились» постоянные реакции термоядерного синтеза на основе атомов водород. В то же время, в отличие от планет-гигантов внутри коричневых карликов все же могут происходить некоторые реакции с участием ядер дейтерия и лития. Но, по астрономическим меркам, они длятся весьма недолго, после чего коричневые карлики постепенно остывают. Из-за этого их иногда также называют «неудавшимися звездами».
Команда исследователей обратила внимание на любопытную закономерность, связанную с коричневыми карликами. Она заключается в том, что чем старше коричневый карлик, тем меньше вероятность того, что у него есть карлик-компаньон.
Ученые пришли к такому выводу в ходе анализа данных, собранных телескопом «Хаббл». Он способен находить пары коричневых карликов, разделенных дистанцией 480 млн км. Это сопоставимо с расстоянием между нашим Солнцем и поясом астероидов. Но проводившие исследование астрономы не нашли ни одной подобной пары в выборке коричневых карликов в окрестностях Солнца. В то же время, ранее «Хаббл» находил пары новорожденных карликов, которые только формировались в молекулярных облаках.
По словам исследователей, выявленная закономерность объясняется тем, что пары коричневых карликов очень слабо связаны гравитацией. Поэтому под действием притяжения проходящих мимо звезд их связи довольно быстро рвутся — в среднем на это нужно всего несколько сотен миллионов лет. После этого они обречены на жизнь в одиночестве.
