Коллектив авторов - Космос. От Солнца до границ неизвестного

Процессы звездообразования в области 30 Золотой Рыбы уже прошли пик кульминации. Через несколько миллионов лет, когда закончатся запасы межзвездного газа, новые звезды перестанут формироваться. Возможно, только в окружающих областях кое-где еще будут тлеть слабые очаги звездного творения.

Как будто космос сам по себе недостаточно одинок, есть еще взывающие к жалости коричневые карлики. По сравнению со своими более успешными звездными братьями и сестрами, эти астрономические объекты можно назвать космическими неудачниками. И хотя у них много общего с планетами, в это семейство они, похоже, тоже не вписываются. Промежуточное космическое звено – неудобный статус, он ставит коричневые карлики в положение «бедных родственников», которыми часто пренебрегают, в отличие от многообещающих планет или пламенных сверхновых. И все-таки именно это свойство – самобытность – делает коричневые карлики интересными для изучения, привлекая к ним все более пристальное внимание.

Существование коричневых карликов в 1962 году предсказал Шив Кумар из Института космических исследований НАСА имени Годдарда (г. Нью-Йорк, США). Кумар решил выяснить, какова может быть минимальная масса звезды. Расчеты показали, что существует критический предел массы, ниже которого не возникает термоядерное горение водорода.

Кумар назвал эти гипотетические объекты черными карликами, но название оказалось не вполне удачным. Как отметила в 70-х годах прошлого века американский астроном Джилл Тартер, это название вполне подходит и темным охлаждающимся звездам, чья эволюция заканчивается. Предлагались разные названия, и среди них – такие как планетар, мертворожденная звезда, недозвезда. Но Тартер остановилась на «коричневых карликах». Она понимала, конечно, что на самом деле они вряд ли коричневые, но выбрала для названия этот цвет, потому что из-за слабого излучения эти звезды в реальности наблюдать очень трудно. (Если на огромной скорости пронестись мимо такой звезды на космическом корабле, ее можно не заметить – слишком мало энергии она излучает. Если внимательно приглядеться, то можно увидеть слабое свечение из области, где еще осталось хоть какое-то тепло, но цвет этой области будет скорее темно-оранжевым.)

В течение последующих 20 лет не удавалось обнаружить ни одного объекта этого вида, но наконец в 1995 году астрономы открыли коричневый карлик в двойной системе Глизе 229 ( Gliese 229 ). Сам карлик получил название Глизе 229 b. Этот коричневый карлик находится примерно в 19 световых годах от нас, его масса в 20–50 раз превышает массу Юпитера, а температура поверхности относительно прохладная, 680° C. С тех пор найдены тысячи коричневых карликов с загадочными характеристиками, порождающими неутихающие споры о том, как же их правильно классифицировать.

С тех пор, как люди впервые взглянули на небо, они всегда разделяли небесные объекты на звезды и планеты. Коричневые карлики бросили вызов такой простой систематизации. Они рождаются из коллапса газового облака, как и звезды, поэтому имеют некоторые общие черты со своими звездными родственниками. Как и у звезд, у них есть магнитные пятна, а некоторые из них даже излучают в радиодиапазоне, как пульсары (см. главу 6). Многие из них достаточно велики, чтобы в начале «коричневого» этапа у них на короткое время включились реакции термоядерного синтеза по переработке оставшегося дейтерия (а у более крупных – и лития тоже). Кроме того, во время гравитационного коллапса при образовании коричневых карликов выделяется тепло. Оба эти процесса приводят к тому, что коричневые карлики хоть и немного, но все-таки излучают в видимом свете, постепенно охлаждаясь. Например, коричневый карлик WISE J085510.83–071442.5, который находится на расстоянии 7 световых лет от Солнца, уже охладился до температуры ниже 0° C.

Такие холодные объекты, в которых не поддерживаются реакции термоядерного синтеза, кажутся очень непохожими на обычные звезды. Но следует ли считать их планетами? Коричневые карлики гораздо массивнее планет, обычно их массы превышают массу Юпитера в десятки раз; известны коричневые карлики с массами от 13 до 70 масс Юпитера. Среди экзопланет с ними могут потягаться только 3–4 %. С другой стороны, большинство коричневых карликов по своему размеру не сильно превышают диаметр Юпитера. У них есть атмосферы, которые по своему составу похожи на атмосферы газовых гигантов: токсичные смеси окиси углерода, сероводорода и воды; или метана и аммиака.

И на них бывает разная погода. Ученые давно подозревали, что над коричневыми карликами сгущаются облака, потому что их внутреннее тепло заставляет входящие в атмосферу газы подниматься, а затем конденсироваться, как это происходит в атмосферах планет в дальних уголках нашей Солнечной системы. Недавно были найдены подтверждения тому, что погода на коричневых карликах меняется со временем. Если следить в телескоп за коричневым карликом в течение нескольких месяцев, можно заметить, как меняется его инфракрасное излучение под влиянием бурь и ураганов.

Изучая химический состав звезд, астрономы узнали, что атмосферы горячих коричневых карликов содержат силикаты и железо в газообразном состоянии, которые при подъеме и охлаждении в конечном итоге конденсируются во влагу. Представьте себе, что вы стоите под дождем из расплавленного железа, а над вами клубятся облака из горячих песчинок – сейчас пойдет силикатный снег. Очень интересно, что на некоторых коричневых карликах могут быть погодные условия, очень похожие на нашу собственную планету – и даже облака из водяного пара.

Но самое забавное, что у коричневых карликов могут быть планеты. В 2013 году группа астрономов обнаружила газовый гигант, вращающийся вокруг коричневого карлика. Если в будущем мы найдем вокруг коричневых карликов еще планеты, вероятно, они окажутся маленькими и скалистыми, так как вокруг молодых коричневых карликов меньше вещества для образования планет, чем у более массивных звезд. И в принципе, на планете у коричневого карлика может возникнуть жизнь.

Можно сказать, что коричневые карлики повзрослели и «возмужали». Наверное, мы должны покончить с попытками причислить их к семействам планет или звезд и начать рассматривать их как особый класс астрономических объектов.

Рис. 5.2. У коричневых карликов много общего с газовыми гигантами, такими как Юпитер, включая размер и температуру. Это означает, что, изучая атмосферы коричневых карликов, можно найти ключ к разгадке погоды на экзопланетах.