238 899 subscribers

Коричневый карлик — большая планета или маленькая звезда?

2k full reads
Коричневый карлик — большая планета или маленькая звезда?

Когда коричневый карлик перестает быть звездой, а становится лишь газовым гигантом? И когда газовый гигант перестает быть планетой? Эти вопросы волновали астрономов долгие годы, для решения которых были пересмотрены определения для больших астрономических объектов нашей Солнечной системы.

Некоторые астрономы выдвигают свои решения для классификации таких объектов, основываясь не на их массе, а на том как они образовались и на том какие у них соседи. Астрофизик Кевин Шлауфман в своей работе предложил новую классификацию для решения задачи по определению коричневых карликов. Масса является простой для понимания частью этого нового определения, но не единственным фактором. То как объект образовался является столь же важной частью.

Шлауфман установил пределы для объектов, которые мы должны называть планетами. Верхний предел находится от 4 до 10 масс крупнейшей планеты Солнечной системы, Юпитера. Объекты с большей массой уже будут являться коричневыми карликами.

Коричневых карликов также называют "неудавшимися звездами", поскольку во время своего образования они не смогли набрать достаточное количество массы, чтобы стать полноценной звездой.
Коричневый карлик — большая планета или маленькая звезда?

Именно улучшение методов наблюдения за другими звездными системами привели к необходимости создания новых определений. Раньше мы использовали только свою Солнечную систему как пример. Сейчас же нашему взору открыт доступ к огромному множеству других систем. Шлауфман провел наблюдения за 146 звездными системами, что позволило ему довольно сильно продвинуться в понимании коричневых карликов и в формировании планет.

Звездные системы формируются их газопылевого облака. Облако под действием собственной гравитации начинает сжиматься, что в итоге приводит к образованию одной или нескольких звезд в центре. Они начинают светиться при помощи ядерных реакций, происходящих в их недрах, таким образом становясь одной из звезд, которые мы наблюдаем на ночном небе. Оставшееся облако продолжает вращаться вокруг новой звезды, после чего из него образуются планеты. Этот пример является простой версией образования звездной системы.

В нашей Солнечной системе образовалась только одна звезда — Солнце. Газовые гиганты Юпитер с Сатурном образовались уже из оставшегося материала. Юпитеру досталась львиная доля, что сделало его самой большой планетой. Но что если бы условия были другими и Юпитер продолжил расти? Опираясь на работы Шлауфмана, планете пришлось бы вырасти еще в 10 раз, чтобы стать коричневым карликом. Но на этом новое определение коричневых карликов не заканчивается.

Металличность и Химический состав

Масса является лишь частью определения. Что реально стоит за новой классификацией, так это то каким образом объект сформировался. За этим стоит концепция металличности звезд.

Звезды имеют металлическую составляющую. В астрофизике это означает, что часть массы звезды составляют химические элементы кроме водорода и гелия. Поэтому любой элемент начиная с лития называют металлом. Именно из этих металличных материалов и образуются каменные планеты, как наша Земля. В ранней Вселенной был только водород и гелий, включая совсем ничтожное количество следующих двух элементов (лития и бериллия). Поэтому первые звезды были практически не металличными.

Но сейчас, спустя 13.8 млрд лет с рождения Вселенной, молодые звезды, такие как Солнце, имеют намного больше металла в своих недрах. Все потому, что предыдущие поколения звезд живя и умирая создали более тяжелые элементы, чем водород и гелий. Наше Солнце образовалось примерно 5 млрд лет назад и оно имеет металлы в своих недрах с самого своего рождения. Так или иначе, Солнце сделано преимущественно из водорода и гелия, но примерно 2% от его массы составляют другие элементы. В основном это кислород, углерод, неон и железо.

Опираясь на работу Шлауфмана мы можем найти различие между газовыми гигантами, как Юпитер, и коричневыми карликами по природе звезды вокруг которой они вращаются. Типы планет, которые формируются вокруг звезд, показывают металличность самой звезды. Газовые гиганты типа Юпитера обычно обращаются вокруг звезд с металличностью равной нашему Солнцу или немного превышающей его. Но коричневые карлики не привередливые, они могут образовываться вокруг любых звезд. Но почему?

Коричневые карлики и планеты формируются по-разному

Планеты подобные Юпитеру формируются при помощи аккреции, то есть в движущемся облаке вещества вокруг звезды. Сначала формируется каменное ядро, а затем образуется газовая оболочка. Когда процесс закончен, мы получаем газового гиганта. Но чтобы это стало возможным, необходимы металлы. Если металлы присутствуют в каменных ядрах планет, то это будет означать о наличии определенного количества металла в звезде.

Процесс образования звезды
Процесс образования звезды

Но коричневые карлики формируются не при помощи аккреции, как это делают планеты. Они формируются также как и звезды, посредством гравитационного коллапса газопылевого облака. Они также не формируются вокруг металлического ядра, поэтому количество металлов не является значимым фактором.

Это возвращает нас обратно к работе Кевина Шлауфмана. Он поставил перед собой задачу найти ту грань, после которой объекту не важна металличность звезды, вокруг которой он вращается. Ученый выяснил, что объекты с массой превышающей 10 масс Юпитера уже перестают зависеть от металличности звезды, потому что они не образуются из металлического ядра. Получается что коричневые карлики не являются звездами, поскольку в них не происходят термоядерные реакции, и они не являются планетами, потому что они образовались в результате гравитационного коллапса.