Δροσερός καφέ νάνος. Καφέ νάνος: αστέρι ή πλανήτης; Καφέ νάνος στο ηλιακό σύστημα

(#Astronomy@science_newworld)

Ένας καφέ νάνος είναι ένα αστρονομικό αντικείμενο που βρίσκεται κάπου ανάμεσα σε έναν πλανήτη και ένα αστέρι. Η μάζα των καφέ νάνων είναι συνήθως μικρότερη από 0,075 φορές τη μάζα του Ήλιου ή περίπου 75 φορές τη μάζα του Δία. (Αυτή η μέγιστη μάζα είναι ελαφρώς υψηλότερη για αστέρια που περιέχουν μικρότερες ποσότητες βαρύτερων στοιχείων από τον Ήλιο.) Πολλοί αστρονόμοι χαράζουν τη γραμμή μεταξύ καφέ νάνων και πλανητών σε περίπου 13 μάζες του Δία.

Η διαφορά μεταξύ καφέ νάνων και αστεριών είναι ότι, σε αντίθεση με τα αστέρια, οι καφέ νάνοι δεν μπορούν να επιτύχουν ένα επίπεδο σταθερής φωτεινότητας μέσω της θερμοπυρηνικής σύντηξης συνηθισμένου υδρογόνου. Τόσο τα αστέρια όσο και οι καφέ νάνοι παράγουν ενέργεια με τη σύντηξη του δευτερίου (ένα σπάνιο ισότοπο υδρογόνου) στα πρώτα εκατομμύρια χρόνια της ζωής τους. Οι πυρήνες των αστεριών συνεχίζουν στη συνέχεια να συρρικνώνονται και να θερμαίνονται καθώς τα αστέρια συντήκουν υδρογόνο. Ωστόσο, οι καφέ νάνοι αποφεύγουν την περαιτέρω συμπίεση επειδή οι πυρήνες τους είναι αρκετά πυκνοί ώστε να υποστηρίζουν την ύπαρξή τους λόγω της πίεσης εκφυλισμού ηλεκτρονίων. Αυτοί οι καφέ νάνοι, με μάζες μεγαλύτερες από 60 μάζες Jovian, αρχίζουν να συντήκουν υδρογόνο, αλλά στη συνέχεια σταθεροποιούνται και η σύντηξη σταματά.

Το χρώμα των καφέ νάνων δεν είναι στην πραγματικότητα καφέ, αλλά μάλλον σκούρο κόκκινο έως μοβ, ανάλογα με τη θερμοκρασία τους. Τα αντικείμενα με θερμοκρασίες κάτω από περίπου 2200 Κ περιέχουν κόκκους ορυκτών στην ατμόσφαιρά τους. Οι επιφανειακές θερμοκρασίες των καφέ νάνων εξαρτώνται τόσο από τη μάζα τους όσο και από την ηλικία τους. Οι πιο ογκώδεις και νεότεροι καφέ νάνοι θερμαίνονται έως και 2800 K, επικαλύπτοντας το εύρος θερμοκρασίας τους με αστέρια πολύ χαμηλής μάζας ή κόκκινους νάνους. (Για σύγκριση, η θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου φτάνει τους 5800 Κ.) Όλοι οι καφέ νάνοι τελικά ψύχονται κάτω από την ελάχιστη θερμοκρασία για τους αστέρες της κύριας ακολουθίας των 1800 Κ. Ο παλαιότερος και ο μικρότερος μπορούν να κρυώσουν ακόμη και στους 300 Κ.

Οι καφέ νάνοι αναφέρθηκαν για πρώτη φορά το 1963 από τον Ινδό αστρονόμο Shiv Kumar, ο οποίος τους αποκάλεσε «μαύρους νάνους». Ο Αμερικανός αστρονόμος Τζιλ Τάρτερ πρότεινε το όνομα «καφέ νάνος» το 1975. Αν και οι καφέ νάνοι δεν είναι καθόλου καφέ, το όνομα κόλλησε επειδή αυτά τα αντικείμενα θεωρήθηκε ότι περιέχουν μεγάλες ποσότητες σκόνης και το πιο κατάλληλο όνομα "κόκκινος νάνος" ήδη περιέγραφε έναν διαφορετικό τύπο αστεριού.

Αναζητήσεις για καφέ νάνους στις δεκαετίες του 1980 και του 1990. οδήγησε στην ανακάλυψη πολλών υποψηφίων. Ωστόσο, κανένας από αυτούς δεν έχει επιβεβαιωθεί ως καφέ νάνοι. Για να διακρίνετε τους καφέ νάνους από τα αστέρια της ίδιας θερμοκρασίας, πρέπει να ελέγξετε για την παρουσία μιας γραμμής λιθίου στο φάσμα τους (την οποία τα αστέρια καταστρέφουν όταν μεταβαίνουν σε σύντηξη υδρογόνου). Ή μπορείτε να αναζητήσετε πιο αμυδρά αντικείμενα, με θερμοκρασίες χαμηλότερες από αυτές των αστεριών. Το 1995 και οι δύο μέθοδοι απέδωσαν καρπούς. Αστρονόμοι από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ, ανακάλυψαν την παρουσία λιθίου σε ένα από τα αντικείμενα των Πλειάδων, αλλά αυτό το αποτέλεσμα δεν έγινε αμέσως αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα. Αυτό το αντικείμενο, ωστόσο, αργότερα επιβεβαιώθηκε ότι ήταν ο πρώτος καφέ νάνος που βρέθηκε.

Αστρονόμοι από το Παρατηρητήριο Palomar και το Πανεπιστήμιο Τζονς Χόπκινς ανακάλυψαν ένα συνοδό αστέρι χαμηλής μάζας, το οποίο ονόμασαν Gliese 229B. Η παρουσία γραμμών μεθανίου στο φάσμα του έδειξε ότι οι θερμοκρασίες της επιφάνειάς του δεν ξεπερνούσαν τους 1200 Κ. Η εξαιρετικά χαμηλή φωτεινότητα του πιθανού καφέ νάνου, καθώς και η ηλικία του αστρικού συντρόφου του, έδειξαν ότι η μάζα του αντικειμένου ήταν περίπου 50 φορές τη μάζα του Δία. Επομένως, ο Gliese 229 B έγινε το πρώτο αντικείμενο που αναγνωρίστηκε από τους περισσότερους επιστήμονες ως καφέ νάνος.

Έρευνες υπέρυθρου ουρανού και άλλες τεχνικές έχουν πλέον εντοπίσει εκατοντάδες καφέ νάνους. Μερικά από αυτά είναι σύντροφοι των αστεριών, άλλα αποτελούν μέρος δυαδικών συστημάτων καφέ νάνων. πολλά είναι μεμονωμένα αντικείμενα. Υποτίθεται ότι σχηματίζονται σχεδόν με τον ίδιο τρόπο όπως τα αστέρια και ότι ο αριθμός των καφέ νάνων στο Σύμπαν μπορεί να είναι από 1 έως 10% του αριθμού των αστεριών.

SDSS J010448.46+153501.8 (σημειώνεται με σταυρό) και το άμεσο περιβάλλον του

Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων, μέσω μιας σειράς παρατηρήσεων με το Very Large Telescope (VLT), ανακάλυψε έναν τεράστιο καφέ νάνο που σπάει ρεκόρ - ένα υποαστρικό αντικείμενο του οποίου η μάζα είναι ανεπαρκής για αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης πρωτονίων. Οι συγγραφείς σημειώνουν την ασυνήθιστη σύνθεση του νάνου - αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου (99,99 τοις εκατό) από υδρογόνο και ήλιο. Το εύρημα μας επιτρέπει να διευκρινίσουμε ποια αστέρια θα μπορούσαν να είχαν σχηματιστεί στο πρώιμο Σύμπαν. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Μηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας.

Οι καφέ νάνοι είναι μια ειδική κατηγορία αντικειμένων των οποίων η μάζα είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή του Δία (τουλάχιστον 13 φορές), αλλά είναι ανεπαρκής για να υποστηρίξει τη θερμοπυρηνική καύση υδρογόνου που είναι χαρακτηριστικό των «μεγάλων» άστρων. Παρόλα αυτά, θερμοπυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν σε αυτά με τη συμμετοχή πυρήνων δευτερίου και λιθίου. Λόγω του γεγονότος ότι η φωτεινότητα των καφέ νάνων μειώνεται συνεχώς, ταξινομούνται ως ενδιάμεσα αντικείμενα μεταξύ αέριων γιγάντων και αστεριών. Οι τυπικές θερμοκρασίες στην επιφάνειά τους δεν ξεπερνούν τα 2000 Κέλβιν και μερικές φορές ανέρχονται μόνο σε 500-600 Κέλβιν (200-300 βαθμούς Κελσίου).

Όπως τα αστέρια, έτσι και οι καφέ νάνοι σχηματίζονται από τη βαρυτική κατάρρευση ενός νέφους αερίου. Προηγουμένως, πιστευόταν ότι στις συνθήκες του πρώιμου Σύμπαντος, η κατάρρευση αερίου μπορούσε να οδηγήσει μόνο σε αντικείμενα με μάζα της τάξης των εκατό ηλιακών μαζών - τα λεγόμενα αστέρια. Ωστόσο, οι αστροφυσικοί έχουν διατυπώσει πρόσφατα μια σειρά από υποθέσεις σχετικά με το πόσο μικρότερης μάζας θα μπορούσαν να έχουν προκύψει αστέρια. Ένα χαρακτηριστικό τέτοιων αστεριών είναι η πολύ χαμηλή μεταλλικότητά τους (η περιεκτικότητα σε στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο). Οι έρευνες έχουν ήδη ανακαλύψει αντίστοιχους λευκοκίτρινους και κίτρινους νάνους με μάζα μεγαλύτερη από τη μισή μάζα του Ήλιου (500 μάζες του Δία).

Οι συγγραφείς του έργου υπέδειξαν τον πρώτο εκπρόσωπο των μη μεταλλικών καφέ νάνων, τον SDSS J010448.46+153501.8, που βρίσκεται στο φωτοστέφανο του Γαλαξία. Αυτό το αστέρι ήταν παλαιότερα γνωστό και είχε ήδη ταξινομηθεί ως καφέ νάνος. Οι επιστήμονες παρατήρησαν ότι το φάσμα του ήταν κάπως διαφορετικό από τους τυπικούς εκπροσώπους αυτής της τάξης και διεξήγαγαν μια συνεδρία παρατήρησης χρησιμοποιώντας το Very Large Telescope - ένα σύστημα τεσσάρων τηλεσκοπίων 8,2 μέτρων που βρίσκονται στη Χιλή.

Οι αστρονόμοι συνέκριναν το φάσμα υψηλή ανάλυσημε μοντέλα και διαπίστωσε ότι ο νάνος έχει πολύ χαμηλή μεταλλικότητα. Το κλάσμα μάζας των στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο σε αυτό είναι 250 φορές μικρότερο από ό,τι στον Ήλιο. Η ηλικία του νάνου είναι περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια και η μάζα του είναι μόλις δύο τοις εκατό μικρότερη από αυτή που απαιτείται πριν από την έναρξη της θερμοπυρηνικής καύσης υδρογόνου - περίπου 90 μάζες του Δία.

Προηγουμένως, οι αστρονόμοι στα δεδομένα Kepler έδειχναν την ασυνήθιστη δραστηριότητα ενός από τους καφέ νάνους - από καιρό σε καιρό φούντωνε και γινόταν πιο φωτεινό από τον ήλιο. Οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να εξηγήσουν τη συμπεριφορά. Είναι ενδιαφέρον ότι, όπως τα συνηθισμένα αστέρια, οι καφέ νάνοι έχουν μερικές φορές εξωπλανήτες. Υπάρχει μια σειρά από γνωστά συστήματα στα οποία καφέ νάνοι περιβάλλουν τεράστια αντικείμενα και ακόμη και διπλά αστέρια.

Βλαντιμίρ Κορόλεφ

Αυτό το αντικείμενο, που ονομάζεται UGPS 0722-05, ανακαλύφθηκε χρησιμοποιώντας το βρετανικό υπέρυθρο τηλεσκόπιο UKIRT στο Παρατηρητήριο Mauna Kea στη Χαβάη.

Οι καφέ νάνοι ή «αποτυχημένα αστέρια» ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1995. Αυτή είναι μια κατηγορία αντικειμένων με μάζα μικρότερη από το 7% της μάζας του Ήλιου (περίπου 70 μάζες του Δία). Τα συνηθισμένα αστέρια, που έχουν επαρκή μάζα και πυκνότητα, λάμπουν λόγω της θερμοπυρηνικής αντίδρασης που λαμβάνει χώρα στα βάθη τους - πιο συχνά, της μετατροπής του υδρογόνου σε ήλιο. Ωστόσο, οι καφέ νάνοι δεν έχουν αρκετή μάζα για να ξεκινήσουν μια αντίδραση και σταδιακά ξεθωριάζουν και ψύχονται. Από πολλές απόψεις, οι καφέ νάνοι είναι παρόμοιοι με τους αέριους γίγαντες πλανήτες όπως ο Δίας και ο Κρόνος.

Τα τελευταία 15 χρόνια, οι επιστήμονες ανακάλυψαν περίπου 200 καφέ νάνους που ανήκουν στη φασματική τάξη Τ, δηλαδή στα λεγόμενα «άστρα μεθανίου», το φάσμα των οποίων περιέχει γραμμές μεθανίου (CH4), μονοξειδίου του άνθρακα (CO) ακόμα και νερό. Η θερμοκρασία της επιφάνειάς τους είναι 700-1300 Kelvin. Τα τελευταία χρόνια, το τηλεσκόπιο UKIRT ανακάλυψε αρκετούς ακόμη πιο ψυχρούς καφέ νάνους, των οποίων οι θερμοκρασίες είναι μόνο 600-800 Kelvin.

Ωστόσο, τώρα οι επιστήμονες ανακοινώνουν την ανακάλυψη ενός ακόμη ψυχρότερου και αχνότερου αντικειμένου, το οποίο είναι περίπου πέντε χιλιάδες βαθμούς ψυχρότερο από τον Ήλιο. "Η εκτίμηση της θερμοκρασίας μας για τον καφέ νάνο που ανακαλύφθηκε, που ονομάζεται UGPS 0722-05, είναι 480 έως 560 βαθμούς Κέλβιν (207 έως 287 βαθμοί Κελσίου), πιο δροσερή από άλλα γνωστά αστέρια. Η θερμοκρασία είναι χαμηλή και είναι πραγματικά δύσκολο να περιμένει κανείς από τέτοιο Θερμοπυρηνικές αντιδράσεις ψυχρού αντικειμένου, τουλάχιστον στην ατμόσφαιρά του, μπορούμε να περιμένουμε σύννεφα νερού σε θερμοκρασίες κάτω των 200 βαθμών Κελσίου», δήλωσε στο RIA Novosti ένας από τους συγγραφείς του έργου, ο Σεργκέι Γιουρτσένκο από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Δρέσδης.

Μέχρι τώρα, οι καφέ νάνοι της φασματικής τάξης Τ9 θεωρούνταν οι πιο ψυχροί. Το ρεκόρ για τη χαμηλότερη θερμοκρασία ανήκε στο αστέρι SDSS J1416+13B, ένα από τα συστατικά του δυαδικού συστήματος SDSS J1416+13AB. Ωστόσο, οι συγγραφείς της μελέτης πιστεύουν ότι το αστέρι UGPS 0722-05 είναι ακόμα πιο κρύο. «Ελπίζουμε ότι θα γίνει το πρώτο αντικείμενο του νέου, που δεν υπάρχει ακόμη επίσημα, φασματικού τύπου T10», είπε ο Γιουρτσένκο.

Επιπλέον, αυτό το αστέρι αποδείχθηκε ότι ήταν ο πιο κοντινός απομονωμένος καφέ νάνος στη Γη που δεν αποτελεί μέρος ενός δυαδικού αστρικού συστήματος. Η απόστασή του υπολογίζεται στα 4,1 parsec (13,4 έτη φωτός). Μέχρι τώρα, μεμονωμένοι νάνοι έχουν βρεθεί σε αποστάσεις όχι μικρότερες από 4,9-5 παρσέκες από το Ηλιακό Σύστημα.

Ακόμα αστέρι;

Η μάζα του νάνου, σύμφωνα με τους αστρονόμους, κυμαίνεται από 5 έως 15 φορές τη μάζα του Δία, παρά το γεγονός ότι πολλοί πλανήτες που ανακαλύφθηκαν γύρω από άλλα αστέρια έχουν μάζες που υπερβαίνουν τη μάζα του Δία έως και 18-20 φορές. Μέχρι πρόσφατα, το κατώτερο όριο μάζας για ένα αστέρι θεωρούνταν οι 70 μάζες του Δία. Ωστόσο, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η «κατάσταση αστεριού» ενός αστρονομικού αντικειμένου θα πρέπει να καθοριστεί με βάση όχι τόσο τη μάζα του όσο την ιστορία του.

«Το ερώτημα κατά πόσο αυτό το αντικείμενο μπορεί να θεωρηθεί αστέρι είναι μάλλον εννοιολογικό, επειδή το κριτήριο του «αστεριού» μπορεί να επιλεγεί όχι μόνο από τα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας ή μάζας, αλλά και από την προέλευση του αντικειμένου: πιστεύεται ότι οι καφέ νάνοι σχηματίζονται με τον ίδιο τρόπο όπως τα κανονικά αστέρια, και στη συνέχεια συμβαίνει μέσω της βαρυτικής κατάρρευσης των μοριακών νεφών», είπε ο Γιουρτσένκο.

«Στην περίπτωση του «δικού μας» νάνου, όλα είναι πιο πιθανό να υποδεικνύουν σημάδια ενός άστρου παρά ενός πλανήτη Είναι πιθανό οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις (ας πούμε, με τη συμμετοχή του δευτερίου) να έχουν σταματήσει εδώ και πολύ καιρό καθώς το αστέρι ψύχεται και έχει. δεν υπάρχει άλλη επιλογή από το να κρυώσει περισσότερο», πρόσθεσε.

Ο επιστήμονας σημείωσε ότι η εκτίμηση του μεγέθους του νάνου ταιριάζει καλά στην ακολουθία των αντίστοιχων εκτιμήσεων για άλλους νάνους μεθανίου (φασματικούς τύπους T6.5 - T9).

Παρά το όνομά του, ένας καφέ νάνος δεν είναι εντελώς καφέ. Αυτά τα αντικείμενα έχουν μάζα 12 φορές μεγαλύτερη από αυτή του . Και μπορούν να φτάσουν τη μισή μάζα του Ήλιου. Εκπέμπουν φως από μόνα τους. Αλλά συνήθως όχι πολύ. Τα μεγαλύτερα και νεότερα από αυτά είναι αρκετά ζεστά και εκπέμπουν πολύ φως και θερμότητα. Από μακριά, αυτά τα αντικείμενα δεν διακρίνονται από τους αστρικούς συγγενείς τους - τους κόκκινους νάνους. Τα μικρότερα και παλαιότερα από αυτά, αντίθετα, είναι ελάχιστα αισθητά. Εκπέμπουν μόνο στο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος.

Καφέ νάνος— από πού προέρχεται η ενέργεια;

Κατά μέσο όρο, ένας μέσος καφέ νάνος λάμπει αμυδρά μωβ αποχρώσεις. Αυτό κάνει αυτά τα αντικείμενα αρκετά ενδιαφέροντα στην οικογένεια των κοσμικών σωμάτων.

Αλλά σε αντίθεση με τα αστέρια, οι καφέ νάνοι δεν λάμπουν από τη θερμότητα των θερμοπυρηνικών αντιδράσεων που μαίνεται στα βάθη τους. Το φως και η θερμότητά τους είναι απλώς υπολείμματα της ενέργειας του αρχικού τους σχηματισμού. Αυτά τα αντικείμενα γεννήθηκαν από σύννεφα αερίου και σκόνης που καταρρέουν. Ακριβώς όπως τα αστέρια, μόνο που είναι μικρότερα. Η βαρυτική κατάρρευση απελευθέρωσε τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αλλά η ενέργεια εισήλθε στο υλικό που έπεφτε και ήταν κλειδωμένη μέσα για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια. Και τώρα φεύγει σιγά σιγά στο διάστημαμε τη μορφή θερμού φωτός.

Καθώς αυτή η θερμότητα διαφεύγει, ο καφέ νάνος συνεχίζει να μειώνεται. Μετατρέπεται από ένα έντονο κόκκινο σε ένα διάστικτο και μωβ αντικείμενο, ορατό μόνο στο υπέρυθρο. Όσο μεγαλύτερη ήταν η μάζα ενός τέτοιου αντικειμένου κατά τη γέννησή του, τόσο περισσότερη θερμότητα μπορούσε να παγιδεύσει. Και όσο περισσότερο μπορεί να μιμηθεί ένα πραγματικό αστέρι. Αλλά η τελική μοίρα είναι η ίδια για κάθε καφέ νάνο, ανεξάρτητα από την καταγωγή του.

Ήλιο - 3

Ένας καφέ νάνος μπορεί κάλλιστα να ταξινομηθεί ως μια παράξενη ποικιλία πολύ μεγάλων. Εξάλλου, και οι πλανήτες ψύχονται συνεχώς καθώς γερνούν. Και δεν έχουν νέες πηγές ενέργειας που θα τους κρατήσουν ζεστούς για δισεκατομμύρια ή τρισεκατομμύρια χρόνια.

Αλλά οι περισσότεροι καφέ νάνοι παίζουν ένα ιδιαίτερο παιχνίδι. Χρειάζεται ένα ορισμένο κατώφλι μάζας (περίπου 80 φορές αυτό του Δία) για να φτάσει τις τεράστιες θερμοκρασίες και πιέσεις στον πυρήνα του αντικειμένου που απαιτούνται για τη σύντηξη του υδρογόνου σε ήλιο. Αυτό είναι ακριβώς ό,τι είναι απαραίτητο για ένα διαστημικό αντικείμενο να θεωρεί τον εαυτό του αστέρι. Αλλά υπάρχει ένα πολύ χαμηλότερο όριο, περίπου 13 φορές τη μάζα του Δία, στο οποίο μπορεί να συμβεί ένα άλλο είδος σύντηξης.

Σε αυτό το πολύ πιο ψυχρό περιβάλλον, το δευτέριο (το οποίο είναι ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο κολλημένα μαζί στον πυρήνα) μπορεί να χτυπήσει ένα ελεύθερο πρωτόνιο. Αυτή η αντίδραση θα μετατρέψει το δευτέριο σε ήλιο-3 και θα απελευθερώσει λίγη ενέργεια. Τα συνηθισμένα αστέρια υφίστανται μια σύντομη φάση καύσης δευτερίου, μετά την οποία θερμαίνονται αρκετά. Αλλά οι καφέ νάνοι μπορούν να διατηρήσουν αυτή τη διαδικασία για αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα. Αλλά ποτέ δεν μεταπηδούν σε θερμοπυρηνική σύντηξη πλήρους κλίμακας.

Όλα είναι πολύ γρήγορα

Ωστόσο, αυτό δεν διαρκεί για πάντα. Οι μεγαλύτεροι καφέ νάνοι καταναλώνουν όλο το δευτέριό τους μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια. Ο λόγος για αυτό είναι ότι τέτοια σώματα δεν χωρίζονται σε ξεχωριστά στρώματα.

Αστέρια όπως το , έχουν έναν πυκνό πυρήνα από υδρογόνο και ήλιο. Περιβάλλεται από ένα στρώμα πλάσματος, στο οποίο κυριαρχούν οι ακτινοβόλες ενέργειες. Και αυτό το στρώμα περιβάλλεται από ένα είδος «βρασμένης σούπας». Αλλά τα μικρότερα αστέρια και οι καφέ νάνοι δεν έχουν πυρήνα ως τέτοιο. Έχουν μόνο ένα κέλυφος μεταφοράς, που εκτείνεται από την επιφάνεια προς το κέντρο, ικανό να μεταφέρει υλικό μέσα και έξω. Από τις πιο εσωτερικές περιοχές μέχρι την επιφάνεια του αντικειμένου και πίσω.

Έτσι, οποιοδήποτε δευτέριο έχει ο καφέ νάνος θα τραβηχτεί τελικά στο κέντρο του. Όπου θα μετατραπεί σε ήλιο-3. (Σε ένα αντικείμενο με στρώματα, κάποιο δευτερίου μπορεί να παραμείνει σε ορισμένα σημεία χωρίς αλλαγή.)

Τι συμβαίνει με τους μικρούς καφέ νάνους; Απλώς κρυώνουν σταδιακά. Η εσωτερική τους θερμοκρασία είναι κάτω από το όριο που απαιτείται για τη διατήρηση της αντίδρασης. Η ενέργεια των αντιδράσεων του δευτερίου δεν είναι διαθέσιμη σε αυτούς.

Κόλλα

Οι καφέ νάνοι γεννιούνται ως αστέρια, εκπέμπουν θερμότητα για λίγο και μερικές φορές συνθέτουν ακόμη και στοιχεία στα βάθη τους. Λοιπόν, υπάρχει λόγος να τους αποκαλούμε αστέρια;

Ένας καφέ νάνος είναι ένα μικρό αντικείμενο. Πολύ μικρό για αστέρι. Φυσικά, αυτά τα αντικείμενα είναι μεγαλύτερα από τον Δία. Αλλά μέχρι σήμερα, πολλά αντικείμενα μεγαλύτερα από τον Δία έχουν ήδη ανακαλυφθεί στο διάστημα. Ένας κόκκινος νάνος δεν είναι πολύ μεγαλύτερος από έναν κανονικό γίγαντα.

Τα αστέρια έχουν μια ιδιαιτερότητα - την αντίδραση θερμοπυρηνικής σύντηξης που συμβαίνει στους πυρήνες τους. Οι εκλυόμενες ενέργειες ανταγωνίζονται συνεχώς την εσωτερική βαρύτητα, προσπαθώντας να επεκτείνουν τα εξωτερικά στρώματα του άστρου.

Αλλά, όπως γνωρίζουμε, οι καφέ νάνοι δεν έχουν τέτοιες ιδιότητες. Και σε αντίθεση με τους πλανήτες, δεν έχουν βραχώδεις πυρήνες ή παγωμένους μανδύες. Το μόνο που τους έχει απομείνει είναι μια εξωτική κβαντική δύναμη γνωστή ως πίεση εκφυλισμού. Καθορίζει πόσα σωματίδια μπορούν να χωρέσουν σε έναν συγκεκριμένο όγκο. Οι καφέ νάνοι υποστηρίζονται πλήρως από την πίεση εκφυλισμού, επομένως έχουν το μικρότερο δυνατό μέγεθος για τη μάζα τους.

Η γραμμή μεταξύ μεγάλων πλανητών και μικρών αστεριών δεν είναι απλώς θολή. Υπάρχει μια εντελώς ξεχωριστή κατηγορία αντικειμένων. Έχουν ταυτόχρονα τις ιδιότητες και των πλανητών και των αστεριών. Αλλά ταυτόχρονα δεν είναι ούτε το ένα ούτε το άλλο.

Μπορούμε να πούμε ότι οι καφέ νάνοι είναι οι έφηβοι του ουράνιου βασιλείου.

Στη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα, οι αστρονόμοι υπέθεσαν την πιθανή ύπαρξη υποθετικών σωμάτων υποαστρικής μάζας που δεν μπορούσαν να ταξινομηθούν σε καμία γνωστή τάξη.

Στη βιβλιογραφία ονομάζονταν μαύροι, καφέ ή καφέ νάνοι. Σταδιακά, το τελευταίο όνομα έπιασε και έγινε επίσημο. Για πολύ καιρό, όλη η συζήτηση γι 'αυτούς ήταν μόνο θεωρητική, ώσπου, τελικά, το 1995, έγινε η πρώτη επιβεβαιωμένη ανακάλυψη. Η θέση σε λειτουργία των διαστημικών τηλεσκοπίων συνέβαλε σε νέες ανακαλύψεις και αυτή τη στιγμή ο αριθμός των αντικειμένων που ανακαλύφθηκαν έχει ξεπεράσει τα εκατό και συνεχίζει να αυξάνεται ραγδαία.

Οι καφέ νάνοι δεν μπορούν να ταξινομηθούν ως αστέρια χαμηλής μάζας, καθώς το εσωτερικό τους δεν υποστηρίζει σταθερές θερμοπυρηνικές αντιδράσεις, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε ανεπαρκή θέρμανση της επιφάνειας και χαμηλή θερμοκρασία. Από την άλλη πλευρά, είναι πολύ ογκώδεις για να ταξινομηθούν ως συνηθισμένοι πλανήτες. Η πλειονότητα αυτών των ουράνιων σωμάτων έχουν από 13 έως 75 μάζες Δία, γεγονός που τα τοποθετεί σε μια ενδιάμεση θέση μεταξύ άστρων και πλανητών.

Οι επιστήμονες παρατήρησαν ένα σημαντικό χαρακτηριστικό που είναι εγγενές σε όλα τα υποαστρικά αντικείμενα και βοηθά στον εντοπισμό τους με υψηλή ακρίβεια - την παρουσία λιθίου στο φάσμα εκπομπής. Στα πλήρη αστέρια, οι συνεχιζόμενες αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης καίνε πλήρως αυτό το ελαφρύ στοιχείο, ενώ στους καφέ νάνους παραμένει αμετάβλητο.

Η θερμοκρασία της επιφάνειας κυμαίνεται συνήθως από 700 έως 2000 Κ, γεγονός που, δεδομένων των μεγάλων αποστάσεων, καθιστά δύσκολη την αναζήτηση τους στο οπτικό εύρος. Η λύση στο πρόβλημα ήταν η παρατήρηση στο υπέρυθρο φάσμα, όπου παρατηρείται η υψηλότερη φωτεινότητα. Αξίζει να σημειωθεί ότι, σε αντίθεση με τα αστέρια της κύριας ακολουθίας, που αντλούν την κύρια ενέργεια τους σε όλη την ύπαρξή τους από την εσωτερική σύντηξη, οι καφέ νάνοι λαμβάνουν θερμότητα αποκλειστικά από τη στιγμή της γέννησής τους.

Μετά από αυτό, καθ 'όλη τη διάρκεια της ζωής του ο νάνος ψύχεται αργά, εκπέμποντας θερμότητα στον περιβάλλοντα χώρο. Όσο περισσότερη αρχική μάζα συσσωρεύεται τη στιγμή της πυρήνωσης, τόσο πιο αργή διαρκεί η διαδικασία ψύξης.

Μέχρι σήμερα, ο κοντινότερος καφέ νάνος ανακαλύφθηκε το 2006 από το διπλό τηλεσκόπιο 8 μέτρων του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου στη Χιλή. Οι μετρήσεις έδειξαν μια απόσταση ρεκόρ χαμηλής - μόλις 12 έτη φωτός μακριά! Το αντικείμενο περιφέρεται γύρω από ένα αμυδρό αστέρι σε απόσταση μόλις 3 AU. Η ανάλυση του φάσματος αποκάλυψε την παρουσία σημαντικής ποσότητας μεθανίου στην ατμόσφαιρα, η οποία κατέστη δυνατή λόγω της χαμηλής θερμοκρασίας.

Ο μεγάλος αριθμός των νάνων που ανακαλύφθηκαν κατέστησε δυνατή την ταξινόμηση των φασμάτων τους σε διάφορες κύριες κατηγορίες: L, T και Y. Ο λόγος της αρχικής μάζας προς την τρέχουσα θερμοκρασία παίζει μια άμεση σχέση με τη συμμετοχή. Οι πιο ογκώδεις, με τις παραμέτρους τους, πλησιάζουν πολύ τους ανοιχτόκόκκινους νάνους της φασματικής κατηγορίας Μ και στη συνέχεια, καθώς ψύχονται, μετατοπίζονται σταδιακά στην κατηγορία L κ.ο.κ. Πιο πρόσφατα, ανακαλύφθηκαν υπερκρύα αντικείμενα, η θερμοκρασία των οποίων δεν ξεπερνά τους 400 βαθμούς Κελσίου. Εικάζεται ότι μπορεί να υπάρχουν πολλοί δροσεροί και ουσιαστικά αόρατοι καφέ νάνοι στον Γαλαξία, οι οποίοι θα μπορούσαν να ευθύνονται για την έλλειψη κρυμμένης μάζας στο Σύμπαν.

Τα υποαστρικά αντικείμενα έχουν παρουσιάσει στους αστρονόμους πολλές διαφορετικές προκλήσεις. Αποδείχθηκε ότι η ψυχρή ατμόσφαιρα ενός αποτυχημένου αστεριού είναι αρκετά δύσκολο να παρατηρηθεί. Παρουσία στην ατμόσφαιρα μεγάλη ποσότηταΗ σκόνη δημιουργεί ένα δύσκολο πρόβλημα, καθώς η εναιώρηση των εναποτιθέμενων σωματιδίων όχι μόνο αντικαθιστά τη σύνθεση των παρόντων στοιχείων, αλλά επίσης παρεμβαίνει στην άμεση ανταλλαγή θερμότητας, περιπλέκοντας έτσι την ακριβή ανάλυση.

Η μοντελοποίηση μέσω υπολογιστή, λαμβάνοντας υπόψη την αιωρούμενη σκόνη, προέβλεψε ένα ισχυρό φαινόμενο του θερμοκηπίου. Λόγω της απορρόφησης της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας θερμαίνονται και, μετά τη συμπύκνωση, οι κόκκοι σκόνης αρχίζουν να βυθίζονται. Ίσως αυτός ο μηχανισμός επηρεάζει το σχηματισμό πυκνών νεφών, συμβάλλοντας στην εμφάνιση υπερ-ισχυρών κυκλώνων. Μια παρόμοια καταιγίδα μπορεί να παρατηρηθεί στο παράδειγμα του Δία - η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα είναι ακριβώς ένας μακρόβιος κυκλώνας, που παρατηρείται για τρεις αιώνες.

Στην αρχή, αυτή η θεωρία δεν βρήκε κατανόηση στους επιστημονικούς κύκλους. Ωστόσο, πριν από τρία χρόνια αυτή η ιδέα αναβίωσε σε κοσμικό επίπεδο. Έχει πλέον αποδειχθεί ότι η επιταχυνόμενη βαρυτική κατάρρευση διαστρικού αερίου με χαμηλή περιεκτικότητα σε σκόνη, υπό ορισμένες συνθήκες, είναι ικανή να παράγει αυτοεστιαζόμενα ωστικά κύματα που σχηματίζουν απότομη τοπική θέρμανση του μέσου στις ζώνες σύγκρουσης των μετώπων κυμάτων.

Ένα αστροφυσικό περιοδικό δημοσίευσε μια εργασία που δείχνει ότι αυτός ο μηχανισμός είναι ικανός να παρέχει έως και 400-500 χιλιάδες K στα βάθη ενός μικρού αντικειμένου, το οποίο είναι αρκετό για να πυροδοτήσει για λίγο τη θερμοπυρηνική σύντηξη. Εάν αυτή η εξήγηση επιβεβαιωθεί από άλλες ανεξάρτητες πηγές, τότε η ύπαρξη υπερψυχρού νάνων θα γίνει οριστικό γεγονός.