Руда карликовой звезды. Звёзды - карлики

Любая звезда представляет собой огромный газовый шар, который состоит из гелия и водорода, а также следов других химических элементов. Звезд существует огромное количество и все они отличаются своими размерами и температурой, а некоторые из них состоят из двух и более звезд, которые связаны между собой силой гравитации. С Земли некоторые звезды видны невооруженным глазом, а некоторые можно рассмотреть только в телескоп. Однако, даже имея специальное оборудование, далеко не каждую звезду можно рассмотреть так, как этого хочется, и даже в мощные телескопы некоторые звезды будут выглядеть не более, чем просто светящиеся точки.

Таким образом, простой человек, имеющий достаточно хорошую остроту зрения, в ясную погоду на ночном небосводе может увидеть из одного земного полушария порядка 3000 звезд, однако, на самом деле, в Галактике их существует значительно больше. Все звезды классифицируются в соответствии с размером, цветом, температурой. Таким образом, бывают карлики, гиганты и сверхгиганты.

Звезды карлики бывают следующих типов:

• желтый карлик. Данный тип представляет собой небольшие звезды главной последовательности спектрального класса G. Их масса колеблется в пределах от 0,8 до 1,2 массы Солнца.
• оранжевый карлик. К данному типу относятся небольшие звезды главной последовательности спектрального класса К. Их масса составляет 0,5 - 0,8 массы Солнца. В отличие от желтых карликов, оранжевые карлики характеризуются более длительной продолжительностью жизни.
• красный карлик. Этот тип объединяет маленькие и относительно холодные звезды главной последовательности спектрального класса М. Их отличия от других звезд достаточно ярко выражены. Они имеют такой диаметр и массу, которые не более, чем 1/3 от Солнечной.
• голубой карлик. Этот тип звезд гипотетический. Голубые карлики эволюционируют из красных карликов перед тем, как произойдет выгорание всего водорода, после чего они, предположительно, эволюционируют в белые карлики.
• белый карлик. Это тип уже проэволюционировавших звезд. Они имеют такую массу, которая не более массы Чандрасекара. Белые карлики лишены собственного источника термоядерной энергии. Они относятся к спектральному классу DA.
• черный карлик. Этот тип представляет собой остывшие белые карлики, которые, соответственно, не излучают энергии, т.е. не светятся, или же излучают ее очень-очень слабо. Они представляют собой конечную стадию эволюции белых карликов в отсутствие аккреции. Масса черных карликов, так же как и белых, не превышают массы Чандрасекара.
• коричневый карлик. Данные звезды представляют собой субзвездные объекты, которые имеют массу от 12,57 до 80,35 масс Юпитера, что, в свою очередь, соответствует 0,012 - 0,0767 массам Солнца. Коричневые карлики отличаются от звезд главной последовательности тем, что в их недрах не протекает реакция термоядерного синтеза, в результате которой в других звездах водород превращается в гелий.
• субкоричневые карлики или коричневые субкарлики. Представляют собой абсолютно холодные образования, масса которых ниже предела коричневых карликов. В большей степени их принято считать планетами.

Итак, можно отметить, что звезды, относящиеся к белым карликам, это те звезды, которые имеют изначально небольшой размер и находятся на свой конечной стадии эволюции. История открытия белых карликов уходит в относительно недалекий 1844 год. Именно в то время немецким астрономом и математиком Фридрихом Бесселем во время наблюдения за Сириусом было обнаружено небольшое отклонение звезды от прямолинейного движения. В результате этого, Фридрих предположил, что у Сириуса присутствует невидимая массивная звезда-спутник. Это предположение подтвердилось в 1862 году американским астрономом и телескопостроителем Альваном Грэхэмом Кларком во время юстировки самого крупного на то время рефрактора. Возле Сириуса была обнаружена неяркая звезда, получившая в дальнейшем название Сириус Б. Данная звезда характеризуется низкой светимостью, а ее гравитационное поле воздействует на своего яркого партнера достаточно заметно. Это, в свою очередь, является подтверждением того, что это звезда имеет очень малый радиус при значительной ее массе.

Какие звезды карлики

Карликами называются проэволюционировавшие звезды, имеющие массу, которая не превышает предел Чандрасекара. Образование белого карлика происходит в результате выгорания всего водорода. Когда водород выгорает, происходит сжатие ядра звезды до больших плотностей, в это же время внешние слои сильно расширяются и сопровождаются общим потускнением светимости. Таким образом звезда сначала превращается в красного гиганта, который сбрасывает свою оболочку. Сброс оболочки происходит по причине того, что внешние слои звезды имеют крайне слабую связь с центральным горячим и очень плотным ядром. Впоследствии данная оболочка становится расширяющей планетарной туманностью. Стоит обратить внимание на то, что красные гиганты и белые карлики имеют очень тесную взаимосвязь.

Все белые карлики подразделяются на две спектральные группы. К первой группе относятся карлики, имеющие «водородный» спектральный класс DA, в котором нет спектральных линий гелия. Данный тип является наиболее распространенным. Второй тип белых карликов - DB. Он более редкий и называется «гелиевый белый карлик». В спектре звезд данного типа не обнаружено водородных линий.

По мнению американского астронома Ико Ибена указанные типы белых карликов образуются совершенно разными путями. Это связано с тем, что горение гелия в красных гигантах является неустойчивым и периодически происходит развитие слоевой гелиевой вспышки. Также Ико Ибен предположил механизм, по которому происходит сброс оболочки в разные стадии развития гелиевой вспышки - на ее пике и между вспышками. Соответственно, на его образование влияет механизм сброса оболочки.

За исключением Луны и всех планет любой кажущийся неподвижным на небе объект является звездой - термоядерным источником энергии, и типы звёзд варьируют от карликов до сверхгигантов.

Наше - звезда, но оно кажется таким ярким и большим из-за близости к нам. Большинство звёзд выглядят светящимися точками даже в мощные телескопы и, тем не менее, нам о них кое-что известно. Так, мы знаем, что они бывают разных размеров и, по крайней мере, половина из них состоит из двух и более звёзд, связанных силой гравитации.

Что такое звезда?

Звёзды - это огромные газовые шары из водорода и гелия со следами других химических элементов. Гравитация притягивает вещество внутрь, а давление раскалённого газа выталкивает его наружу, устанавливая равновесие. Источник энергии звезды находится в её ядре, где ежесекундно миллионы тонн водорода сливаются, образуя гелий. И хотя в недрах Солнца этот процесс идёт непрерывно на протяжении почти 5 млрд. лет, израсходована лишь очень малая часть всех запасов водорода.

Типы звёзд

Звезды главной последовательности. В начале XX в. голландец Эйнар Герцшпрунг и Генри Норрис Ресселл из США построили диаграмму Герцшпрунга - Ресселла (ГР), по осям которой отложена светимость звезды в зависимости от температуры на ее поверхности, что позволяет определить расстояние до звезд.

Большинство звёзд, включая Солнце, попадают в полосу, пересекающую диаграмму ГР по диагонали и именуемую главной последовательностью. Эти звезды часто называются карликами, хотя некоторые из них в 20 раз превосходят по размеру Солнце и светят в 20 тыс. раз ярче.

Красные карлики

В холодном, тусклом конце главной последовательности находятся красные карлики - наиболее распространённый вид звёзд. Будучи размером меньше, чем Солнце, они экономно тратят свои запасы топлива, чтобы продлить время собственного существования на десятки миллиардов лет. Если можно было бы видеть все красные карлики, небо было бы буквально усеяно ими. Однако красные карлики светят так слабо, что мы в состоянии наблюдать лишь ближайшие к нам, такие, как Проксима Центавра.

Белые карлики

Ещё меньшими по размеру, чем красные карлики, являются белые карлики. Обычно их диаметр примерно равен земному, но масса может равняться массе Солнца. Объем вещества белого карлика, равный объёму этой книги, имел бы массу около 10 тыс. тонн! Их положение на диаграмме ГР показывает, что они сильно отличаются от красных карликов. Их ядерный источник истощился.

Красные гиганты

После звёзд главной последовательности наиболее распространёнными являются красные гиганты. Они имеют примерно такую же температуру поверхности, как и красные карлики, но они намного ярче и больше, поэтому расположены над главной последовательностью на диаграмме ГР. Масса этих гигантов обычно примерно равна солнечной, однако, если бы один из них занял место нашего светила, внутренние планеты Солнечной системы оказались бы в его атмосфере.

Сверхгиганты

В верхней части диаграммы ГР располагаются редкие сверхгиганты. Бетельгейзе в плече Ориона имеет в поперечнике почти 1 млрд. км. Другой яркий объект Ориона - Ригель, одна из самых ярких звёзд, которая видна невооружённым глазом. Он почти в десять раз меньше Бетельгейзе и при этом почти в 100 раз превосходит размеры Солнца.

Белые карлики – звезды, имеющие большую массу (порядка солнечной) и малый радиус (радиус Земли), что менее предела Чандрасекара для выбранной массы, являющиеся продуктом эволюции красных гигантов. Процесс производства термоядерной энергии в них прекращен, что приводит к особым свойствам этих звезд. Согласно различным оценкам, в нашей Галактике их количество составляет от 3 до 10 % всего звездного населения.

В 1844 году немецкий астроном и математик Фридрих Бессель при наблюдении обнаружил небольшое отклонение звезды от прямолинейного движения, и сделал предположение о наличии у Сириуса невидимой массивной звезды-спутника.

Его предположение было подтверждено уже в 1862 году, когда американский астроном и телескопостроитель Альван Грэхэм Кларк, занимаясь юстировкой самого крупного в то время рефрактора, обнаружил возле Сириуса неяркую звезду, которую впоследствии окрестили Сириус Б.

Белый карлик Сириус Б имеет низкую светимость, а гравитационное поле воздействует на своего яркого компаньона довольно заметно, что свидетельствует о том, что у этой звезды крайне малый радиус при значительной массе. Так впервые был открыт вид объектов, названный белыми карликами. Вторым подобным объектом была звезда Маанена, находящаяся в созвездии Рыб.

Механизм образования

Белые карлики представляют собой конечную стадию эволюции небольшой звезды с массой, сравнимой с массой Солнца. В каком случае они появляются? Когда в центре звезды, например, как наше Солнце, выгорает весь водород, ее ядро сжимается до больших плотностей, тогда как внешние слои сильно расширяются, и, сопровождаясь общим потускнением светимости, звезда превращается в красного гиганта. Пульсирующий красный гигант затем сбрасывает свою оболочку, поскольку внешние слои звезды слабо связаны с центральным горячим и очень плотным ядром. Впоследствии эта оболочка становится расширяющейся планетарной туманностью. Как видите красные гиганты и белые карлики очень тесно взаимосвязаны.

Сжатие ядра происходит до крайне малых размеров, но, тем не менее, не превышает предела Чандрасекара, то есть верхний предел массы звезды, при котором она может существовать в виде белого карлика.

Виды белых карликов

Спектрально их разделяют по двум группам. Излучение белого карлика делят на наиболее распространенный «водородный» спектральный класс DA (до 80 % от общего количества), в котором отсутствуют спектральные линии гелия, и более редкий «гелиевый белый карлик» тип DB, в спектрах звезд которого отсутствуют водородные линии.

Американский астроном Ико Ибен предложил различные сценарии их происхождения: в виду того, что горение гелия в красных гигантах неустойчиво, периодически развивается слоевая гелиевая вспышка. Он удачно предположил механизм сброса оболочки в разные стадии развития гелиевой вспышки – на ее пике и в период между двумя вспышками. Образование его зависит от механизма сброса оболочки соответственно.

Вырожденный газ

До того как Ральф Фаулер в 1922 году в своей работе «Плотная материя» дал объяснение характеристикам плотности и давления внутри белых карликов, высокая плотность и физические особенности такого строения казались парадоксальными. Фаулер предположил, что в отличие от звезд главной последовательности, для которых уравнение состояния описывается свойствами идеального газа, в белых карликах оно определяется свойствами вырожденного газа.

График зависимости радиуса белого карлика от его массы. Обратите внимание: ультрарелятивистский предел ферми-газа совпадает с пределом Чандрасекара

Вырожденный газ образуется, когда расстояние между его частицами становится меньше волны де-Бройля, а значит, что на его свойствах начинают сказываться квантово-механические эффекты, вызванные тождественностью частиц газа.

В белых карликах, из-за огромных плотностей, оболочки атомов разрушаются под силой внутреннего давления, и вещество становится электронно-ядерной плазмой, причем электронная часть описывается свойствами вырожденного электронного газа, аналогичными поведению электронов в металлах.

Среди них наиболее распространены углеродно-кислородные с оболочкой, состоящей из гелия и водорода.

Статистически радиус белого карлика сравним с радиусом Земли, а масса варьируется от 0,6 до 1,44 солнечных масс. Поверхностная температура находится в пределах – до 200 000 К, что также объясняет их цвет.

Ядро

Основной характеристикой внутреннего строения является очень высокая плотность ядра, в котором гравитационное равновесие обуславливается вырожденным электронным газом. Температура в недрах белого карлика и гравитационное сжатие уравновешивается давлением вырожденного газа, что обеспечивает относительную устойчивость диаметра, а его светимость, в основном, происходит за счет остывания и сжатия внешних слоев. Состав зависит насколько успела проэволюционировать материнская звезда, в основном это углерод с кислородом и небольшие примеси водорода и гелия, которые превращаются в вырожденный газ.

Эволюция

Гелиевая вспышка и сброс внешних оболочек красным гигантом продвигает звезду по диаграмме Герцшпрунга-Рассела, обуславливая его превалирующий химический состав. Жизненный цикл белого карлика, после этого, остается стабилен до самого своего остывания, когда звезда теряет свою светимость и становится невидимой, входя в стадию так называемого «черного карлика», — конечный результат эволюции, хотя в современной литературе этот термин используется все реже.

Перетекание вещества со звезды на белый карлик, который из за низкой светимости не виден

Присутствие рядом звездных компаньонов продляет их жизнь из-за падения вещества на поверхность через формирование аккреционного диска. Особенности аккреции вещества в парных системах могут приводить к накоплению вещества на поверхности белых карликов, что в результате приводит к взрыву новой или сверхновой звезды (в случае особо массивных) типа Ia.

Взрыв сверхновой в представлении художника

В случае если в системе «белый карлик – красный карлик» аккреция нестационарна, результатом может быть своеобразный взрыв белого карлика (например U Gem (UG)) или же новоподобных переменных звезд, взрыв которых носит катастрофический характер.

Остаток сверхновой SN 1006 — представляет собой взорвавшейся белый карлик, который находился в двойной системе. Он постепенно захватывал вещество звезды-компаньона и возрастающая масса спровоцировала термоядерный взрыв, который разорвал карлика

Положение на диаграмме Герцшпрунга-Рассела

На диаграмме они занимают левую нижнюю часть, принадлежа ветви звезд, покинувших главную последовательность из состояния красных гигантов.

Здесь находится область горячих звезд с низкой светимостью, которая является второй по численности среди звезд наблюдаемой Вселенной.

Спектральная классификация

Множество Белых карликов в шаровом скоплении М4, снимок Хаббла

Они выделены в особый спектральный класс D (от английского Dwarfs – карлики, гномы). Но в 1983 году Эдвард Сион предложил более точную классификацию, которая учитывает различия их спектров, а именно: D (подкласс) (спектральная особенность) (температурный индекс).

Существуют следующие подклассы спектров DA, DB, DC, DO, DZ и DQ, которые уточняют наличие или отсутствие линий водорода, гелия, углерода и металлов. А спектральные особенности P, H, V и X уточняют наличие или отсутствие поляризации, магнитного поля при отсутствии поляризации, переменность, пекулярность или неклассифицируемость белых карликов.

1. Какой ближайший белый карлик к Солнцу? Ближайший это звезда ван Маанена, которая представляет собой тусклый объект находящийся всего в 14,4 световых лет от Солнца. Она расположена в центре созвездия Рыб.

   

   Звезда ван Маанена — самый близкий, одиночный белый карлик

   Звезда ван Маанена является слишком слабой, чтобы мы смогли ее увидеть невооруженным глазом, ее звездная величина 12,2. Однако если рассматривать белый карлик в системе со звездой, то ближайшим является Сириус Б, удаленный от нас на расстояние 8.5 световых лет. Кстати, самый известный белый карлик это Сириус Б.

   

   Сравнение размеров Сириуса В и Земли

2. Самый большой белый карлик располагается в центре планетарной туманности М27 (NGC 6853), которая больше известна как туманность Гантель. Она находится в созвездии Лисички, на расстоянии около 1360 световых лет от нас. Ее центральная звезда больше, чем любой другой известный белый карлик, на данный момент.

   

3. Самый маленький белый карлик имеет неблагозвучное название GRW +70 8247 и находится примерно в 43 световых лет от Земли в созвездии Дракона. Его звездная величина около 13 и виден он только через большой телескоп.
4. Срок жизни белого карлика зависит от того, как медленно он будет остывать. Иногда на его поверхности накапливается достаточно газа и он превращается в сверхновую типа Ia. Продолжительность жизни весьма велика – миллиарды лет, а точнее 10 в 19 степени и даже больше. Большая продолжительность жизни связана с тем, что они очень медленно остывают и у них есть все шансы дожить до конца Вселенной. А время остывания пропорционально четвертой степени температуры.

   

5. Среднестатистический белый карлик размеры имеет в 100 раз меньше чем наше Солнце, а при плотности 29000 кг/кубический сантиметр, вес 1 кубического см равняется 29 тоннам. Но стоит учитывать, плотность может варьировать в зависимости от размеров, от 10*5 до 10*9 г/см3.
6. Наше Солнце в конечной стадии превратится в белый карлик. Как бы грустно это не звучало, но масса нашей звезды не позволяет ей превратиться в нейтронную звезду или черную дыру. Солнце превратится в белого карлика и будет в таком виде существовать еще миллиарды лет.
7. Как превращается звезда в белый карлик? В основном все зависит от массы, давайте рассмотрим на примере нашего Солнца. Пройдет еще несколько миллиардов лет и Солнце начнет увеличиваться в размерах, превращаясь в красного гиганта, связанно это с тем, что весь водород выгорит в его ядре. После того, как водород выгорит начнется реакция синтеза гелия и углерода.

   В результате этих процессов звезда становится нестабильной и возможно образование звездных ветров. Так как реакции горения более тяжелых элементов чем гелий, приводят к большему выделению тепла. При синтезе гелия, некоторым участкам, расширившейся внешней оболочки Солнца, удастся оторваться и вокруг нашей звезды сформируется планетарная туманность. В результате от нашей звезды в конечном итоге останется одно ядро и когда Солнце превратится в белый карлик в нем уже прекратятся реакции ядерного синтеза.

8. Планетарная туманность, которая образуется в результате расширения и сброса своих внешних оболочек часто очень ярко светится. Причина заключается в том, что оставшееся от звезды ядро (считай белый карлик) остывает очень медленно, а высокая температура поверхности в сотни тысяч и миллионы градусов по Кельвину, излучает, в основном, в далеком ультрафиолете. Газы туманности поглощая эти УФ кванты, переизлучают их в видимой части света, попутно поглотив часть энергии кванта и светят очень ярко, в отличии от остатка, который в видимом диапазоне очень тусклый.

   

Ответы на вопросы

1. Чем отличается белый карлик от ? Вся эволюция звезды основывается на первоначальной ее массе, от этого параметра и будет зависть ее светимость, продолжительность жизни и во что она превратится в конце. Для звезды массой 0,5-1,44 солнечной, жизнь закончится тем, что звезда расширится и превратится в красного гиганта, который сбросив свои внешние оболочки образует планетарную туманность оставит после себя лишь одно ядро, состоящее из вырожденного газа.

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

   Это упрощенный механизм того, как образуется белый карлик. Если масса звезды больше 1,44 массы Солнца (так называемый предел Чандрасекара, при котором звезда может существовать как белый карлик. Если масса будет превышать его, то она станет нейтронной звездой.), то звезда израсходовав весь водород в ядре начинает синтез более тяжелых элементов, вплоть до железа. Дальнейший синтез элементов, которые тяжелее железа, невозможен т.к. требует больше энергии чем выделяется в процессе синтеза и ядро звезды коллапсирует в нейтронную звезду. Электроны срываются с орбит и падают в ядро, там сливаются с протонами и в итоге образуются нейтроны. Нейтронное вещество весит в сотни и миллионы раз больше чем любое другое.

2. Отличие белого карлика и пульсара. Все те же самые отличия что и в случае с нейтронной звездой, только стоит учитывать, что пульсар (а это и есть нейтронная звезда) еще и очень быстро вращается, десятки раз в секунду, а период вращения белого карлика составляет, на примере звезды 40 Eri B, 5 часов 17 минут. Разница ощутима!

   

   Пульсар PSR J0348 +0432 — нейтронная звезда и белый карлик

3. Из-за чего светятся белые карлики? Так термоядерные реакции уже не происходят все имеющееся излучение это тепловая энергия, так почему они светятся? По сути он медленно остывает, как раскаленное железо, которое сперва ярко белое, а затем краснеет. Вырожденный газ очень хорошо проводит тепло из центра и он остывает на 1% за сотни миллионов лет. Со временем остывание замедляется и он может просуществовать триллионы лет.
4. Во что превращаются белые карлики? Возраст Вселенной слишком мал, для того чтобы могли образоваться, так называемые, черные карлики, конечной стадия эволюции. Так что видимых подтверждений у нас пока нет. На основе расчетов его остывания мы знаем лишь одно, что их продолжительность жизни, имеет поистине огромную, превышающую возраст Вселенной (13,7 млрд. лет) и теоретически составляющую триллионы лет.
5. Существует ли белый карлик с сильным магнитным полем как у нейтронной звезды? Некоторые из них обладают мощными магнитными полями, гораздо сильнее, чем любые созданные нами на Земле. Например, сила магнитного поля на поверхности Земли составляет всего от 30 до 60 миллионных долей тесла, в то время как напряженность магнитного поля белого карлика может достигать 100 000 тесла.

   

   Но нейтронная звезда, обладает поистине сильным магнитным полем – 10*11 Тл и называется магнетаром! На поверхности некоторых магнетаров могут образовываться толчки, которые формируют колебания в звезде. Эти колебания часто приводят к огромным выбросам гамма-излучения магнетаром. Так, например, магнетар SGR 1900+14, который находится на расстоянии на 20 000 световых лет, в созвездии Орла, взорвался 27 августа 1998 г. Мощная вспышка гамма излучения была настолько сильной, что заставила выключить аппаратуру космического аппарата NEAR Shoemaker в целях ее сохранения.

Научно-популярный фильм о героях нашей статьи

Чем обширнее становятся теоретические знания и технические возможности ученых, тем больше открытий они совершают. Казалось бы, уже все объекты космоса известны и необходимо только объяснить их особенности. Однако Вселенная каждый раз при возникновении такой мысли у астрофизиков преподносит им очередной сюрприз. Часто, впрочем, такие новшества бывают предсказаны теоретически. В число подобных объектов входят коричневые карлики. До 1995 года они существовали только «на кончике пера».

Давайте знакомиться

Коричневые карлики — звезды довольно необычные. Все основные их параметры сильно отличны от характеристик привычных для нас светил, впрочем, есть и сходство. Строго говоря, коричневый карлик — субзвездный объект, он занимает промежуточное положение между собственно светилами и планетами. Эти имеют сравнительно небольшую массу — от 12,57 до 80,35 от аналогичного параметра Юпитера. В их недрах, как и в центрах других звезд, осуществляются термоядерные реакции. Отличие коричневых карликов в крайне незначительной роли водорода в этом процессе. В качестве топлива такие звезды используют дейтерий, бор, литий и бериллий. «Горючее» сравнительно быстро заканчивается, и коричневый карлик начинает остывать. После завершения этого процесса он становится планетоподобным объектом. Таким образом, коричневые карлики — звезды, никогда не попадающие на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга—Рассела.

Невидимые странники

Эти интересные объекты отличаются еще несколькими примечательными характеристиками. Они представляют собой блуждающие звезды, не связанные с какой-либо галактикой. Теоретически подобные космические тела могут бороздить просторы космоса на протяжении многих миллионов лет. Однако одно из самых их значительных свойств — практически полное отсутствие излучения. Заметить такой объект без использования специальной аппаратуры невозможно. Подходящего оборудования у астрофизиков не было на протяжении достаточно длительного периода.

Первые открытия

Наиболее сильное излучение коричневых карликов приходится на инфракрасную спектральную область. Поиски таких следов увенчались успехом в 1995 году, когда был открыт первый подобный объект, Тейде 1. Он относится к спектральному классу М8 и располагается в скоплении Плеяд. В этом же году на расстоянии 20 от Солнца была обнаружена еще одна такая звезда, Gliese 229B. Она вращается вокруг красного карлика Gliese 229А. Открытия начали следовать одно за другим. На сегодняшний день известно более сотни коричневых карликов.

Отличия

Коричневые карлики непросто идентифицировать из-за их схожести по разным параметрам с планетами и легкими звездами. По своему радиусу они приближаются в той или иной степени к Юпитеру. Примерно одинаковая величина этого параметра сохраняется для всего диапазона масс коричневых карликов. В таких условиях становится крайне непросто отличить их от планет.

Кроме того, далеко не все карлики этого типа способны поддерживать Самые легкие из них (до 13 настолько холодны, что в их недрах невозможны даже процессы с использованием дейтерия. Наиболее массивные очень быстро (в масштабах космоса — за 10 млн лет) остывают и также становятся неспособными к поддержанию термоядерных реакций. Ученые для отличия коричневых карликов используют два основных способа. Первый из них — это измерение плотности. Коричневые карлики характеризуются примерно одинаковыми значениями радиуса и объема, а потому космическое тело с массой 10 Юпитеров и выше, вероятнее всего, относится к этому типу объектов.

Второй способ — обнаружение рентгеновского и Наличием такой заметной характеристики не могут похвастаться только коричневые карлики, температура которых опустилась до планетарного уровня (до 1000 К).

Способ отличия от легких звезд

Светило с небольшой массой — еще один объект, от которого бывает непросто отличить коричневый карлик. Что такое звезда? Это термоядерный котел, где постепенно сгорают все легкие элементы. Один из них — литий. С одной стороны, в недрах большинства звезд он достаточно быстро заканчивается. С другой — для реакции с его участием требуется сравнительно низкая температура. Получается, что объект с литиевыми линиями в спектре, вероятно, принадлежит к классу коричневых карликов. У этого метода есть свои ограничения. Литий часто присутствует в спектре молодых звезд. Кроме того, коричневые карлики могут за период в полмиллиарда лет исчерпать все запасы этого элемента.

Отличительным признаком может быть и метан. На заключительных этапах жизненного цикла коричневый карлик — звезда, температура которой позволяет накопить внушительное его количество. Другие светила не могут остыть до такого состояния.

Для различия коричневых карликов и звезд измеряют и их яркость. Светила тускнеют в конце своего существования. Карлики остывают всю «жизнь». На завершающих этапах они становятся настолько темными, что перепутать их со звездами невозможно.

Коричневые карлики: спектральный класс

Температура поверхности описываемых объектов изменяется в зависимости от массы и возраста. Возможные значения находятся в диапазоне от планетарных до характерных для наиболее холодных звезд класса М. По этим причинам для коричневых карликов первоначально было выделено два дополнительных спектральных типа — L и Т. Кроме них, в теории существовал и класс Y. На сегодняшний день его реальность подтверждена. Остановимся на характеристиках объектов каждого из классов.

Класс L

Звезды, относящиеся к первому типу из названных, отличаются от представителей предыдущего класса М присутствием полос поглощения не только оксида титана и ванадия, но и гидридов металла. Именно этот признак позволил выделить новый класс L. Также в спектре некоторых коричневых карликов, относящихся к нему, обнаружили линии щелочных металлов и йода. К 2005 году было открыто 400 подобных объектов.

Класс Т

Т-карлики характеризуются наличием в ближнем инфракрасном диапазоне полос метана. Аналогичные свойства ранее были обнаружены только у а также спутника Сатурна Титана. На смену гидридам FeH и CrH, характерным для L-карликов, в Т-классе приходят щелочные металлы, такие как натрий и калий.

По предположениям ученых подобные объекты должны обладать сравнительно малой массой — не больше 70 масс Юпитера. Коричневые Т-карлики по многим параметрам схожи с газовыми гигантами. Характерная для них температура поверхности изменяется в диапазоне от 700 до 1300 К. Если когда-то в объектив камеры попадут такие коричневые карлики, фото будет демонстрировать объекты розовато-синего цвета. Такой эффект связан с влиянием спектров натрия и калия, а также молекулярных соединений.

Класс Y

Последний спектральный класс долгое время существовал лишь в теории. Температура поверхности подобных объектов должна быть ниже 700 К, то есть 400 ºС. В видимом диапазоне не обнаруживаются такие коричневые карлики (фото сделать не получится совсем).

Однако в 2011 году американские астрофизики объявили об открытии нескольких подобных холодных объектов с температурой от 300 до 500 К. Один из них, WISE 1541-2250, находится на расстоянии 13,7 световых лет от Солнца. Другой, WISE J1828+2650, характеризуется температурой поверхности в 25 ºС.

Двойник солнца — коричневый карлик

Рассказ о столь интересных будет неполным, если не упомянуть о «Звезде смерти». Так называют гипотетически существующий двойник Солнца, по предположениям некоторых ученых располагающийся на расстоянии 50-100 астрономических единиц от него, за пределами облака Оорта. По мнению астрофизиков, предполагаемый объект составляет пару нашему светилу и проходит мимо Земли каждые 26 млн лет.

Гипотеза связана с предположением палеонтологов Дэвида Раупа и Джека Сепковски о периодическом массовом вымирании биологических видов на нашей планете. Высказано оно было в 1984 году. В целом теория довольно спорная, однако есть и доводы в ее пользу.

«Звезда смерти» — одно из вероятных объяснений таких вымираний. Подобное предположение одновременно возникло у двух разных групп астрономов. Согласно их расчетам, двойник Солнца должен двигаться по сильно вытянутой орбите. При сближении с нашим светилом она возмущает кометы, в большом количестве «населяющие» облако Оорта. В результате увеличивается количество их столкновений с Землей, что и приводит к гибели организмов.

«Звезда смерти», или Немезида, как еще ее называют, может быть коричневым, белым или красным карликом. На сегодняшний день, правда, подходящих на эту роль объектов обнаружено не было. Высказываются предположения, что в зоне облака Оорта располагается пока неизвестная планета-гигант, которая оказывает воздействие на орбиты комет. Она притягивает к себе ледяные глыбы, предотвращая тем самым их возможное столкновение с Землей, то есть действует совсем не так, как гипотетическая «Звезда смерти». Впрочем, доказательств существования планеты Тюхе (то есть сестры Немезиды) пока тоже нет.

Коричневые карлики для астрономов - сравнительно новые объекты. Еще массу сведений о них предстоит получить и проанализировать. Уже сегодня предполагается, что такие объекты могут быть компаньонами многих известных звезд. Трудности исследования и обнаружения карликов этого типа задают новую высокую планку для научного оборудования и теоретического осмысления.

Во Вселенной существует множество различных звезд. Большие и маленькие, горячие и холодные, заряженные и не заряженные. В этой статье мы назовем основные виды звезд, а также дадим подробную характеристику Жёлтым и Белым карликам.

1. Жёлтый карлик . Жёлтый карлик – тип небольших звёзд главной последовательности, имеющих массу от 0,8 до 1,2 массы Солнца и температуру поверхности 5000–6000 K. Подробнее об этом типе звезд нем смотрите ниже.
2. Красный гигант . Красный гигант – это крупная звезда красноватого или оранжевого цвета. Образование таких звезд возможно как на стадии звездообразования, так и на поздних стадиях их существования. Крупнейшие из гигантов превращаются в красных супергигантов. Звезда под названием Бетельгейзе из созвездия Орион – самый яркий пример красного супергиганта.
3. Белый карлик . Белый карлик – это то, что остаётся от обычной звезды с массой, не превышающей 1,4 солнечной массы, после того, как она проходит стадию красного гиганта. Подробнее об этом типе звезд нем смотрите ниже.
4. Красный карлик . Красные карлики – самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной. Оценка их численности варьируется в диапазоне от 70 до 90% от числа всех звёзд в галактике. Они довольно сильно отличаются от других звезд.
5. Коричневый карлик . Коричневый карлик – субзвездные объекты (с массами в диапазоне примерно от 0,01 до 0,08 массы Солнца, или, соответственно, от 12,57 до 80,35 массы Юпитера и диаметром примерно равным диаметру Юпитера), в недрах которых, в отличие от звезд главной последовательности, не происходит реакции термоядерного синтеза c превращением водорода в гелий.
6. Субкоричневые карлики . Субкоричневые карлики или коричневые субкарлики – холодные формирования, по массе лежащие ниже предела коричневых карликов. Масса их меньше примерно одной сотой массы Солнца или, соответственно, 12,57 массы Юпитера, нижний предел не определён. Их в большей мере принято считать планетами, хотя к окончательному заключению о том, что считать планетой, а что – субкоричневым карликом научное сообщество пока не пришло.
7. Черный карлик . Черные карлики – остывшие и вследствие этого не излучающие в видимом диапазоне белые карлики. Представляет собой конечную стадию эволюции белых карликов. Массы черных карликов, подобно массам белых карликов, ограничиваются сверху 1,4 массами Солнца.
8. Двойная звезда . Двойная звезда – это две гравитационно связанные звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс.
9. Новая звезда . Звезды, светимость которых внезапно увеличивается в 10 000 раз. Новая звезда представляет собой двойную систему, состоящую из белого карлика и звезды-компаньона, находящейся на главной последовательности. В таких системах газ со звезды постепенно перетекает на белый карлик и периодически там взрывается, вызывая вспышку светимости.
10. Сверхновая звезда . Сверхновая звезда – это звезда, заканчивающая свою эволюцию в катастрофическом взрывном процессе. Вспышка при этом может быть на несколько порядков больше чем в случае новой звезды. Столь мощный взрыв есть следствие процессов, протекающих в звезде на последний стадии эволюции.
11. Нейтронная звезда . Нейтронные звезды (НЗ) – это звездные образования с массами порядка 1,5 солнечных и размерами, заметно меньшими белых карликов, порядка 10-20 км в диаметре. Они состоят в основном из нейтральных субатомных частиц – нейтронов, плотно сжатых гравитационными силами. В нашей Галактике, по оценкам ученых, могут существовать от 100 млн до 1 млрд нейтронных звёзд, то есть где-то по одной на тысячу обычных звёзд.
12. Пульсары . Пульсары – космические источники электромагнитных излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов). Согласно доминирующей астрофизической модели, пульсары представляют собой вращающиеся нейтронные звёзды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения. Когда Земля попадает в конус, образуемый этим излучением, то можно зафиксировать импульс излучения, повторяющийся через промежутки времени, равные периоду обращения звезды. Некоторые нейтронные звёзды совершают до 600 оборотов в секунду.
13. Цефеиды . Цефеиды – класс пульсирующих переменных звёзд с довольно точной зависимостью период-светимость, названный в честь звезды Дельта Цефея. Одной из наиболее известных цефеид является Полярная звезда. Приведенный перечень основных видов (типов) звезд с их краткой характеристикой, разумеется, не исчерпывает всего возможного многообразия звезд во Вселенной.

Жёлтый карлик

Находясь на различных стадиях своего эволюционного развития, звезды подразделяются на нормальные звезды, звезды карлики, звезды гиганты. Нормальные звезды, это и есть звезды главной последовательности. К таким, например, относится наше Солнце. Иногда такие нормальные звезды называются желтыми карликами .

Характеристика

Сегодня мы кратко расскажем о желтых карликах, которых еще называют желтыми звездами. Желтые карлики – это, как правило, звезды средней массы, светимости и температуры поверхности. Они являются звездами основной последовательности, располагаясь примерно в середине на диаграмме Герцшпрунга – Рассела и следуя за более холодными и менее массивными красными карликами.

По спектральной классификации Моргана-Кинана желтые карлики соответствуют в основном классу светимости G, однако в переходных вариациях соответствуют иногда классу К (оранжевые карлики) или классу F в случае с желто-белыми карликами.

Масса желтых карликов лежит зачастую в пределах от 0,8 до 1,2 массы Солнца. При этом температура их поверхности составляет в своем большинстве от 5 до 6 тысяч градусов по Кельвину.

Наиболее ярким и известным нам представителем из числа желтых карликов является наше Солнце.

Кроме Солнца, среди ближайших к Земле желтых карликов стоит отметить:

1. Две компоненты в тройной системе Альфа Центавра, среди которых Альфа Центавра А по спектру светимости аналогично Солнцу, а Альфа Центавра В – типичный оранжевый карлик класса К. Расстояние до обеих компонент составляет чуть более 4-х световых лет.
2. Оранжевый карлик – звезда Ран, она же Эпсилон Эридана, с классом светимости К. Расстояние до Рана астрономы оценили примерно в 10 с половиной световых лет.
3. Двойная звезда 61 Лебедя, удаленная от Земли на чуть более 11 световых лет. Обе компоненты 61 Лебедя типичные оранжевые карлики класса светимости К.
4. Солнцеподобная звезда Тау Кита, удаленная от Земли примерно на 12 световых лет, со спектром светимости G и интересной планетной системой, состоящей минимум из 5 экзопланет.

Образование

Эволюция желтых карликов весьма интересна. Продолжительность жизни желтого карлика составляет примерно 10 миллиардов лет.

Как и большинства звезд в их недрах протекают интенсивные термоядерные реакции, в которых в основном водород перегорает в гелий. После начала реакций с участием гелия в ядре звезды водородные реакции перемещаются все больше к поверхности. Это и становится отправной точкой в преобразовании желтого карлика в красный гигант. Результатом подобного преобразования может служить красный гигант Альдебаран.

С течением времени поверхность звезды будет постепенно остывать, а внешние слои начнут расширяться. На конечных стадиях эволюции красный гигант сбрасывает свою оболочку, которая образует планетарную туманность, а его ядро превратится в белый карлик, который далее будет сжиматься и остывать.

Подобное будущее ждет и наше Солнце, которое сейчас находится на средней стадии своего развития. Примерно через 4 миллиарда лет оно начнет свое превращение в красный гигант, фотосфера которого при расширении может поглотить не только Землю и Марс, но даже и Юпитер.

Время жизни жёлтого карлика составляет в среднем 10 миллиардов лет. После того, как сгорает весь запас водорода, звезда во много раз увеличивается в размере и превращается в красный гигант. самым планетарные туманности, а ядро коллапсирует в маленький, плотный белый карлик.

Белые карлики

Белые карлики – звезды, имеющие большую массу (порядка солнечной) и малый радиус (радиус Земли), что менее предела Чандрасекара для выбранной массы, являющиеся продуктом эволюции красных гигантов. Процесс производства термоядерной энергии в них прекращен, что приводит к особым свойствам этих звезд. Согласно различным оценкам, в нашей Галактике их количество составляет от 3 до 10 % всего звездного населения.

История открытия

В 1844 году немецкий астроном и математик Фридрих Бессель при наблюдении Сириуса обнаружил небольшое отклонение звезды от прямолинейного движения, и сделал предположение о наличии у Сириуса невидимой массивной звезды-спутника.

Его предположение было подтверждено уже в 1862 году, когда американский астроном и телескопостроитель Альван Грэхэм Кларк, занимаясь юстировкой самого крупного в то время рефрактора, обнаружил возле Сириуса неяркую звезду, которую впоследствии окрестили Сириус Б.

Белый карлик Сириус Б имеет низкую светимость, а гравитационное поле воздействует на своего яркого компаньона довольно заметно, что свидетельствует о том, что у этой звезды крайне малый радиус при значительной массе. Так впервые был открыт вид объектов, названный белыми карликами. Вторым подобным объектом была звезда Маанена, находящаяся в созвездии Рыб.

Как же образуются белые карлики?

После того как в стареющей звезде выгорит весь водород, ее ядро сжимается и разогревается, – это способствует расширению ее внешних слоев. Эффективная температура звезды падает, и она превращается в красного гиганта. Разреженная оболочка звезды, очень слабо связанная с ядром, со временем рассеивается в пространстве, перетекая на соседние планеты, а на месте красного гиганта остается очень компактная звезда, называемая белым карликом.

Долгое время оставалось загадкой, почему белые карлики, имеющие температуру, превосходящую температуру Солнца, по сравнению с размерами Солнца невелики, пока не выяснилось, что плотность вещества внутри них предельно высока (в пределах 10 5 – 10 9 г/см 3). Стандартной зависимости – масса-светимость – для белых карликов не существует, что отличает их от других звезд. В чрезвычайно малом объеме «упаковано» огромное количество вещества, из-за чего плотность белого карлика почти в 100 раз больше плотности воды.

Температура белых карликов остается практически постоянной, несмотря на отсутствие внутри них термоядерных реакций. Чем же это объясняется? По причине сильного сжатия электронные оболочки атомов начинают проникать друг в друга. Это продолжается до тех пор, пока между ядрами расстояние не становится минимальным, равным радиусу наименьшей электронной оболочки.

В результате ионизации электроны начинают свободно двигаться относительно ядер, а вещество внутри белого карлика приобретает физические свойства, которые характерны для металлов. В подобном веществе энергия к поверхности звезды переносится электронами, скорость которых по мере сжатия все больше увеличивается: некоторые из них двигаются со скоростью, соответствующей температуре в миллион градусов. Температура на поверхности и внутри белого карлика может резко отличаться, что не приводит к изменению диаметра звезды. Здесь можно привести сравнение с пушечным ядром – остывая, оно не уменьшается в объеме.

Угасает белый карлик крайне медленно: за сотни миллионов лет интенсивность излучения падает всего на 1%. Но в итоге он должен будет исчезнуть, превратившись в черного карлика, для чего могут потребоваться триллионы лет. Белые карлики вполне можно назвать уникальными объектами Вселенной. Воспроизвести в земных лабораториях условия, в которых они существуют, еще никому не удалось.

Рентгеновское излучение белых карликов

Температура поверхности молодых белых карликов, изотропных ядер звёзд после сброса оболочек, очень высока – более 2·10 5 К, однако достаточно быстро падает за счёт излучения с поверхности. Такие очень молодые белые карлики наблюдаются в рентгеновском диапазоне (например, наблюдения белого карлика HZ 43 спутником ROSAT). В рентгеновском диапазоне светимость белых карликов превышает светимость звёзд главной последовательности: иллюстрацией могут служить снимки Сириуса, сделанные рентгеновским телескопом «Чандра» – на них белый карлик Сириус Б выглядит ярче, чем Сириус А спектрального класса A1, который в оптическом диапазоне в ~10 000 раз ярче Сириуса Б.

Температура поверхности наиболее горячих белых карликов – 7·10 4 К, наиболее холодных – меньше 4·10 3 К.

Особенностью излучения белых карликов в рентгеновском диапазоне является тот факт, что основным источником рентгеновского излучения для них является фотосфера, что резко отличает их от «нормальных» звёзд: у последних в рентгене излучает корона, разогретая до нескольких миллионов кельвинов, а температура фотосферы слишком низка для испускания рентгеновского излучения.

В отсутствие аккреции источником светимости белых карликов является запас тепловой энергии ионов в их недрах, поэтому их светимость зависит от возраста. Количественную теорию остывания белых карликов построил в конце 1940-х годов профессор Самуил Каплан.