Im więcej wiedzy teoretycznej i możliwości technicznych naukowców, tym więcej dokonają odkryć. Wydawałoby się, że wszystkie obiekty kosmiczne są już znane i wystarczy wyjaśnić ich cechy. Jednak za każdym razem, gdy astrofizycy mają taką myśl, Wszechświat przedstawia im kolejną niespodziankę. Często jednak takie innowacje są przewidywane teoretycznie. Obiekty te obejmują brązowe karły. Do 1995 roku istniały tylko na końcu pióra.
Poznajmy się
Brązowe karły to raczej niezwykłe gwiazdy. Wszystkie ich główne parametry bardzo różnią się od cech znanych nam opraw, jednak istnieją podobieństwa. Ściśle mówiąc, brązowy karzeł jest obiektem podgwiazdowym, zajmuje pozycję pośrednią między rzeczywistymi źródłami światła a planetami. Te kosmiczne ciała mają stosunkowo niewielką masę - od 12,57 do 80,35 analogicznego parametru Jowisza. W ich jelitach, jak w ośrodkachinne gwiazdy, zachodzą reakcje termojądrowe. Różnica między brązowymi karłami polega na wyjątkowo nieistotnej roli wodoru w tym procesie. Takie gwiazdy wykorzystują jako paliwo deuter, bor, lit i beryl. „Paliwo” wyczerpuje się stosunkowo szybko, a brązowy karzeł zaczyna się ochładzać. Po zakończeniu tego procesu staje się obiektem podobnym do planety. Tak więc brązowe karły to gwiazdy, które nigdy nie spadają na ciąg główny diagramu Hertzsprunga-Russella.
Niewidzialni wędrowcy
Te interesujące obiekty wyróżnia kilka innych niezwykłych cech. To wędrujące gwiazdy, niezwiązane z żadną galaktyką. Teoretycznie takie ciała kosmiczne mogą surfować w przestrzeni kosmicznej przez wiele milionów lat. Jednak jedną z ich najważniejszych właściwości jest prawie całkowity brak promieniowania. Nie da się zauważyć takiego obiektu bez użycia specjalnego sprzętu. Astrofizycy od dłuższego czasu nie mieli odpowiedniego sprzętu.
Pierwsze odkrycia
Najsilniejsze promieniowanie brązowych karłów pada na obszar widma podczerwieni. Poszukiwania takich śladów zakończyły się sukcesem w 1995 roku, kiedy odkryto pierwszy taki obiekt, Teide 1. Należy on do klasy widmowej M8 i znajduje się w gromadzie Plejady. W tym samym roku w odległości 20 lat świetlnych od Słońca odkryto kolejną taką gwiazdę, Gliese 229B. Obraca się wokół czerwonego karła Gliese 229A. Odkrycia zaczęły następować jedno po drugim. Do tej pory wiadomoponad sto brązowych karłów.
Różnice
Brązowe karły nie są łatwe do zidentyfikowania ze względu na ich podobieństwo pod wieloma względami do planet i jasnych gwiazd. W swoim promieniu zbliżają się do Jowisza w takim czy innym stopniu. W przybliżeniu taka sama wartość tego parametru pozostaje dla całego zakresu mas brązowych karłów. W takich warunkach niezwykle trudno jest odróżnić je od planet.
Poza tym nie wszystkie karły tego typu są w stanie wspierać reakcje termojądrowe. Najlżejsze z nich (do 13 mas Jowisza) są tak zimne, że nawet procesy wykorzystujące deuter są w ich głębi niemożliwe. Te najbardziej masywne bardzo szybko (w skali kosmicznej - za 10 milionów lat) stygną, a także stają się niezdolne do podtrzymywania reakcji termojądrowych. Naukowcy stosują dwie główne metody rozróżniania brązowych karłów. Pierwszym z nich jest pomiar gęstości. Brązowe karły charakteryzują się w przybliżeniu takimi samymi wartościami promienia i objętości, dlatego ciało kosmiczne o masie 10 Jowiszów i większej najprawdopodobniej należy do tego typu obiektów.
Drugim sposobem jest wykrywanie promieniowania rentgenowskiego i podczerwonego. Tylko brązowe karły, których temperatura spadła do poziomu planetarnego (do 1000 K), nie mogą pochwalić się tak zauważalną cechą.
Sposób na odróżnienie od jasnych gwiazd
Oprawa o małej masie to kolejny obiekt, od którego odróżnienie brązowego karła może być trudne. Czym jest gwiazda? To kocioł termojądrowy, w którym wszystko stopniowo się wypala.lekkie elementy. Jednym z nich jest lit. Z jednej strony w głębinach większości gwiazd kończy się dość szybko. Z drugiej strony do reakcji z jej udziałem wymagana jest stosunkowo niska temperatura. Okazuje się, że obiekt z liniami litu w widmie prawdopodobnie należy do klasy brązowych karłów. Ta metoda ma swoje ograniczenia. Lit jest często obecny w spektrum młodych gwiazd. Ponadto brązowe karły mogą wyczerpać wszystkie zasoby tego pierwiastka w okresie pół miliarda lat.
Metan może być również znakiem rozpoznawczym. W końcowej fazie swojego cyklu życia brązowy karzeł jest gwiazdą, której temperatura pozwala na akumulację imponującej ilości. Inne oprawy nie mogą schłodzić się do takiego stanu.
Aby odróżnić brązowe karły od gwiazd, mierzy się również ich jasność. Pod koniec swojego istnienia oprawy przygasają. Krasnoludy ochładzają całe „życie”. Na końcowych etapach stają się tak ciemne, że nie sposób pomylić ich z gwiazdami.
Brązowe karły: typ widmowy
Temperatura powierzchni opisywanych obiektów zmienia się w zależności od masy i wieku. Możliwe wartości wahają się od planetarnych do tych charakterystycznych dla najzimniejszych gwiazd klasy M. Z tych powodów dla brązowych karłów zidentyfikowano dwa dodatkowe typy widmowe, L i T. Oprócz nich teoretycznie istniała również klasa Y. Do tej pory jego realność została potwierdzona. Zastanówmy się nad charakterystyką obiektów każdej z klas.
Klasa L
Gwiazdy należące do pierwszego typu wymienionych różnią się od przedstawicieli poprzedniej klasy M obecnością pasm absorpcyjnych nie tylko tlenku tytanu i wanadu, ale także wodorków metali. To właśnie ta cecha umożliwiła wyróżnienie nowej klasy L. Również w widmie niektórych należących do niej brązowych karłów znaleziono linie metali alkalicznych i jodu. Do 2005 roku odkryto 400 takich obiektów.
Klasa T
T-karły charakteryzują się obecnością pasm metanu w zakresie bliskiej podczerwieni. Podobne właściwości odkryto wcześniej tylko w gazowych olbrzymach Układu Słonecznego, a także na księżycu Saturna, Tytanie. Wodorki FeH i CrH, charakterystyczne dla karłów L, są zastępowane w klasie T metalami alkalicznymi, takimi jak sód i potas.
Zgodnie z założeniami naukowców takie obiekty powinny mieć stosunkowo niewielką masę - nie większą niż 70 mas Jowisza. Brązowe karły typu T są pod wieloma względami podobne do gazowych gigantów. Ich charakterystyczna temperatura powierzchni waha się od 700 do 1300 K. Jeśli takie brązowe karły kiedykolwiek wpadną w obiektyw aparatu, na zdjęciu pojawią się różowoniebieskie obiekty. Efekt ten związany jest z wpływem widm sodu i potasu oraz związków molekularnych.
Klasa Y
Ostatni typ widmowy od dawna istnieje tylko w teorii. Temperatura powierzchni takich obiektów powinna wynosić poniżej 700 K, czyli 400 ºС. W zakresie widzialnym takie brązowe karły nie są wykrywane (zdjęcie w ogóle nie zadziała).
Jednak w 2011Amerykańscy astrofizycy ogłosili odkrycie kilku podobnych zimnych obiektów o temperaturach od 300 do 500 K. Jeden z nich, WISE 1541-2250, znajduje się w odległości 13,7 lat świetlnych od Słońca. Drugi, WISE J1828+2650, ma temperaturę powierzchni 25°C.
Bliźniak słońca to brązowy karzeł
Opowieść o tak interesujących obiektach kosmicznych byłaby niepełna bez wzmianki o Gwieździe Śmierci. Tak nazywa się hipotetycznie istniejący bliźniak Słońca, według założeń niektórych naukowców, znajdujący się w odległości 50-100 jednostek astronomicznych od niego, poza obłokiem Oorta. Według astrofizyków domniemany obiekt jest parą naszych opraw i przechodzi obok Ziemi co 26 milionów lat.
Hipoteza wiąże się z założeniem paleontologów Davida Raupa i Jacka Sepkowskiego o okresowym masowym wymieraniu gatunków biologicznych na naszej planecie. Został wyrażony w 1984 roku. Ogólnie rzecz biorąc, teoria jest raczej kontrowersyjna, ale istnieją argumenty na jej korzyść.
Gwiazda Śmierci jest jednym z możliwych wyjaśnień tego wyginięcia. Podobne założenie powstało jednocześnie w dwóch różnych grupach astronomów. Według ich obliczeń bliźniak Słońca powinien poruszać się po bardzo wydłużonej orbicie. Zbliżając się do naszego światła, zaburza komety, licznie „zamieszkujące” obłok Oorta. W efekcie wzrasta liczba ich zderzeń z Ziemią, co prowadzi do śmierci organizmów.
„Gwiazda Śmierci” lub Nemezis, jakojest również nazywany, może to być brązowy, biały lub czerwony karzeł. Do chwili obecnej nie znaleziono jednak obiektów nadających się do tej roli. Istnieją sugestie, że w strefie obłoku Oorta znajduje się wciąż nieznana gigantyczna planeta, która wpływa na orbity komet. Przyciąga do siebie bryły lodu, zapobiegając tym samym ich ewentualnemu zderzeniu z Ziemią, czyli wcale nie zachowuje się jak hipotetyczna Gwiazda Śmierci. Jednak nie ma również dowodów na istnienie planety Tyche (czyli siostry Nemezis).
Brązowe karły to stosunkowo nowe obiekty dla astronomów. Jest jeszcze wiele informacji na ich temat do zdobycia i przeanalizowania. Już dziś przyjmuje się, że takie obiekty mogą być towarzyszami wielu znanych gwiazd. Trudności w badaniu i wykrywaniu tego typu krasnali stawiają nową, wysoką poprzeczkę dla sprzętu naukowego i teoretycznego zrozumienia.
