Коричневый карлик с необычными свойствами
В огромной, масштабной Вселенной существует множество видов звезд. У нас есть целая система их классификации - в зависимости от температуры, размера и яркости.
Тем не менее, недавно обнаруженный условный коричневый карлик говорит о том, что мы знаем далеко не все.
Его прозвали "Авариэль", и он относится к типу тех астрономических объектов, которые так и не стали полноценными светилами.
Вместе с тем он не похож ни на один коричневый карлик, который мы когда-либо видели раньше. Ученые даже предположили, что его возраст сопоставим с возрастом Вселенной.
Поскольку все остальные обнаруженные на сегодняшний день коричневые карлики значительно моложе, это означает, что может существовать целая популяция звезд данного типа, ранее не замеченных из-за того, что они выглядят не так, как мы ожидали.
"Этот объект опроверг все наши ожидания", - говорит астрофизик Дэви Киркпатрик из Калифорнийского технологического института.
Коричневые карлики занимают пространство между самыми массивными планетами и наиболее маленькими звездами, формируясь по той же коллапсирующей модели, что и обычные светила, не в процессе аккреции планет снизу вверх.
Они возникают, когда процесс звездообразования заканчивается, хотя объект не набирает достаточной массы, чтобы запустить термоядерные реакции водородного цикла.
Однако, в отличие от планет, они достаточно массивны, чтобы «зажегся» дейтерий.
Дейтерий - это изотоп водорода с протоном и нейтроном в ядре вместо одного протона. Температура и давление его синтеза ниже, чем температура и давление при ядерном синтезе водорода.
Поэтому коричневые карлики, как правило, меньше, холоднее и тусклее большинства звезд. Их масса находится в диапазоне от 13 до 80 масс Юпитера, и они остывают по мере старения.
Поэтому мы довольно хорошо представляем себе, как должен выглядеть коричневый карлик, и ищем их на основе этого набора характеристик.
На сегодняшний день в Млечном Пути обнаружено около 2 000 таких объектов. Авариэль - настоящее имя которой WISEA J153429.75-104303.3 - не была занесена в каталог коричневых карликов, поскольку она не соответствует этим характеристикам.
Ее обнаружение с помощью широкопольного инфракрасного инструмента NASA Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer и последующее открытие - случайны.
Это действительно очень необычный объект. В некоторых диапазонах волн он очень тусклый, что говорит о том, что он очень холодный - ниже температуры кипения воды, - и поэтому довольно старый. В других длинах волн он светится более ярко, что, в свою очередь, говорит о более высокой температуре.
Чтобы разгадать эту загадку, команда Киркпатрика обратилась к другому инфракрасному диапазону волн, поскольку инфракрасный свет доказывает наличие теплового излучения. Однако наблюдения, проведенные с помощью наземной обсерватории У. М. Кека, не выявили Авариэль вообще, что еще раз говорит о более низкой температуре.
Удаленность объекта от Солнечной системы могла бы стать подсказкой - если бы она находилась далеко, это пояснило бы тусклость. Но оказалось, что она находится на расстоянии около 53 световых лет.
Странно, но WISEA J153429.75-104303.3 перемещается по галактике очень быстро, со скоростью около 207,4 километра в секунду. Это на 25% быстрее, чем у любой другой протозвезды такого типа.
Как и температура Авариэль, такая скорость может указывать на то, что звезда существует уже очень давно, набирая и накапливая ускорение от гравитационных взаимодействий с другими объектами в галактике.
Возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет. Команда Киркпатрика рассчитала, что Возраст Авариэль находится в диапазоне 10-13 миллиардов лет - вдвое больше среднего возраста известной популяции коричневых карликов.
"Найти коричневый карлик такого возраста - не сюрприз, но найти его на нашем заднем дворе - это сюрприз", - говорит астрофизик Федерико Марокко из Калифорнийского технологического института.
"Мы ожидали, что коричневые карлики такого возраста существуют, но мы также ожидали, что они невероятно редки. Шанс найти такой карлик так близко к Солнечной системе может быть удачным совпадением, или же они встречаются чаще, чем мы думали".
Если мы имеем дело с почтенным возрастом, то состав Авариэль сильно отличаться от состава других коричневых карликов, что подтверждается спектром излучаемого ею света.
Иначе говоря, в ранней Вселенной спектр элементов был намного другого порядка. Сразу после Большого взрыва материя преимущественно состояла из водорода и гелия, остальные элементы распространились позже.
Потребовалось несколько поколений звезд, чтобы возникло больше элементов. Они производили более тяжелые элементы, а затем умирали, распространяя эти элементы по всему космосу. Взрывы сверхновых привели к образованию еще более тяжелых элементов в результате энергичных событиях экстракласса (мы уже писали о предположительном столкновении черной дыры и нейтронной звезды в ранней Вселенной).
Если Авариэль появилась до того, как эти элементы (включая углерод) стали более распространенными, то ее свет был сильнее в определенных длинах волн, которые обычно поглощаются метаном в атмосфере коричневого карлика. Именно это и наблюдали исследователи.