Разница между звездами и планетами вроде бы очевидна для всех. Однако даже у специалистов наступают затруднения в формулировках, когда речь заходит о так называемых коричневых карликах. До сих пор у астрономов существует несколько различных классификаций, согласно которым коричневые карлики относят то к планетам-гигантам, то к звездоподобным объектам.

На острие пера

Про нейтронные звезды, черные дыры, темную материю и прочую космическую экзотику, вычисленную теоретиками, что называется, на острие пера, наслышаны многие. Однако на просторах Вселенной существует немало и других диковинок, открытых тем же способом. К их числу относятся объекты, занимающие промежуточное положение между газовыми планетами-гигантами и звездами. Между этими объектами долгое время лежала целая пропасть. Планеты и звезды слишком разнились по своим размерам. Астрономы неоднократно задавались вопросом: «Какие законы запрещают появление небесных тел, больших, чем планеты, но меньших, чем звезды?» Логического объяснения разверзшейся между ними пустоте не было. Так же, как и качественных гипотез о том, что между ними может лежать.

И вот в 1962 году 23-летний американский астроном индийского происхождения Шри Кумар, только что защитивший докторскую диссертацию в Мичиганском университете, описал объекты, которые назвал черными карликами. Кумар шел к своему открытию четыре года. В те времена основы динамики рождения звезд были в основном известны, но в деталях оставалось много неясного. Тем не менее Кумар столь верно описал свойства своих черных карликов, что позже с его умозаключениями согласились даже суперкомпьютеры. Гораздо больше путаницы оказалось в терминологии. Такие промежуточные между планетами и звездами космические тела называли то объектами Кумара, то черными или инфракрасными звездами. Наконец, в 1974 году аспирантка Калифорнийского университета Джилл Тартер предложила термин «коричневые карлики» (brown dwarfs), который за ними и закрепился. Хотя по цвету они скорее красноватые или бурые.

Расчеты показывали, что масса этих небесных тел не может превышать 75-80 масс Юпитера, иначе объект превратится в звезду. И в то же время их масса не может быть меньше 13 масс Юпитера, поскольку все, что лежит ниже этого предела, — еще планеты, пусть и очень большие. Если в недрах коричневого карлика и начинается типичная для звезд термоядерная реакция, то она быстро — разумеется, по космическим меркам — гаснет. Мрачно мерцающие каменные шары — вот что они собой представляют. Основная часть излучения, испускаемого коричневыми карликами, выпадает на инфракрасную часть спектра. Они так и пышут жаром, словно пироги в печи.

Долгие поиски

Поиски коричневых карликов долгое время не приносили реальных результатов. Лишь в 1995 году, когда интерес к ним успел изрядно поостыть, американские астрономы Шри Кулкарни и Тадаси Накадзима, наблюдая за созвездием Зайца из Паломарской обсерватории, на расстоянии 18 световых лет от Земли рядом со звездой Глизе 229 заметили едва приметную светлую точку. Согласно расчетам, масса этого объекта в 30-40 раз превышала массу Юпитера, то есть это была не звезда. В пользу этого свидетельствовал и спектральный анализ, показавший наличие метана на данном небесном теле. В недрах звезд, разогретых до температуры не менее 1800° С, этот газ не может существовать, поскольку при температурах свыше 1200° С он уже разлагается. Определенно этот объект был коричневым карликом.

Поиски его собратьев возобновились, но по-настоящему успех к астрономам пришел лишь в последнее десятилетие. Ныне им известно свыше 500 коричневых карликов, в том числе 95 поблизости от Солнечной системы. Многие из этих близких к нам космических объектов были обнаружены астрономами-любителями при попытках найти гипотетическую девятую от Солнца «Планету Икс». В настоящее время их открывают чуть ли не каждую неделю на самом разном удалении от Земли. Впрочем, прежние длительные неудачи вполне объяснимы: в оптическом диапазоне эти небесные тела светятся в сотни тысяч, а то и в миллионы раз слабее Солнца. Спектральный анализ показывает, что их атмосфера содержит не только различные газы, но также силикаты и железо. При температуре около 2000° С, которая устанавливается на поверхности коричневого карлика в начале его существования, железо пребывает в газообразном состоянии и по мере его остывания начинает конденсироваться. И тогда на полупланету-полузвезду начинают выпадать фантастические дожди из расплавленного железа. Как показывают расчеты, произведенные астрономами Адамом Бургассером и Кэтрин Лоддерс из Вашингтонского университета, на поверхности коричневых карликов бушуют ужасающие ураганы, с которыми не сравнятся не то что их земные аналоги, но и грандиозный вихрь, столетиями наблюдаемый на Юпитере, — Большое Красное Пятно.

«Звезды-недоноски»

Некоторые коричневые карлики оказались еще и мощными источниками радиоизлучения. Например, в 2006 году были обнаружены три объекта этого класса, которые ритмично, словно пульсары, излучали радиоволны. Впрочем, вращаются они гораздо медленнее пульсаров, излучая один радиоимпульс раз в два-три часа, тогда как ритм пульсаров исчисляется миллисекундами.

Получается, что одни свойства коричневых карликов сближают их с планетами, а другие — со звездами. Ученые предполагают, что они образуются, когда рост звезды по какой-либо причине прекращается. Такое порой происходит в двойных звездных системах, когда одна протозвезда выталкивает из системы другую, прежде чем та дорастет до размеров настоящей. Причиной коллизии может стать также притяжение оказавшейся поблизости звезды, увлекающей за собой будущего коричневого карлика. Может получиться и так, что поблизости от молекулярного облака, где рождается карлик, окажется очень горячая звезда. Под действием испускаемых ею ультрафиолетовых лучей вещество молекулярного облака испарится быстрее, чем «звезда-недоносок» превратится в настоящую.

В последнем сценарии, однако, заставляет усомниться недавнее открытие. Павел Кроупа из Кильского университета и Жером Бувье из Гренобльской обсерватории, наблюдая за известной областью рождения звезд — темными облаками в созвездии Тельца, обнаружили там большое количество коричневых карликов. Вопреки теории поблизости не было очень горячих звезд, которые не давали бы тем дорасти до нормальных для светил размеров. Многие карлики при этом были окружены газопылевыми дисками. По сообщению Рэя Джаявардханы из Мичиганского университета, почти половина исследованных коричневых карликов, по всей очевидности, окружены подобными дисками, как любые молодые звезды.

Новые перспективы

Следует полагать, что карлики, как и звезды, формируются в центре молекулярных облаков, в то время как на их периферии, в газопылевых дисках, рождаются планеты. У многих коричневых карликов есть свои планетные системы! Так, наблюдение за карликом CFHT BD-Таи 4 в созвездии Тельца показало, что вещества вокруг него достаточно для формирования планеты размером с Юпитер. Коричневый карлик в созвездии Хамелеона, находящийся в 500 световых годах от нас, окружен протопланетным диском, где газа, камней и пыли хватит, чтобы сформировалось несколько планет земной группы или одна величиной с Сатурн. «Мы размышляем в основном о планетах, формирующихся вокруг звезд, напоминающих Солнце, — говорят астрономы, — но планеты могут появляться и возле коричневых карликов».

Это открывает новые перспективы исследований внесолнечных планетных систем. Планеты в большинстве своем теряются в ярком свете звезд, вокруг которых вращаются, и остаются недоступными для наблюдателей. А возле коричневого карлика — тусклой точки на небосводе — даже небольшие планеты проступают из тени. Их запросто можно наблюдать в наиболее совершенные телескопы. Некоторые астрономы считают, что на планетах, зародившихся близ коричневых карликов, может существовать жизнь. Расчеты показывают, что на любой планете, находящейся на расстоянии от 1,5 до 7 миллионов километров от такого небесного тела, вода будет пребывать в жидком состоянии. Другие исследователи скептически относятся к такой гипотезе. Они считают, что, появись в такой системе жизнь, ей пришлось бы приспосабливаться к понижению температуры на поверхности планеты, поскольку термоядерная реакция внутри карлика будет довольно быстро ослабевать.

Тени коричневых карликов, в изобилии разбросанных на просторах Вселенной, обретают все более четкие очертания. Многие ученые считают, что количество этих странных небесных тел вполне сопоставимо или приблизительно равно количеству нормальных звезд. Появлялась даже гипотеза, что загадочное темное вещество как раз и состоит из неуловимых для телескопов коричневых карликов. Однако достаточно быстро выяснилось, что суммарная масса этих то ли «звезд-недоносков», то ли «планет-переростков» составляет лишь несколько тысячных долей от общей массы Вселенной. Они столь неприметны, что даже СМИ, порой сообщающие об открытиях в области астрономии, предпочитают их не замечать.

Павел БУКИН