Эксперт Эксперт - Эксперт № 07 (2014)
Вал открытий
Первым космическим объектом, получившим официальный статус коричневого карлика, стал Teide 1, обнаруженный в 1994 году группой испанских астрофизиков под руководством Рафаэля Реболо в звездном скоплении Плеяды на расстоянии примерно 400 световых лет от Земли. Своим названием объект обязан телескопу обсерватории Тейде на острове Тенерифе (Канарские острова), при помощи которого его и удалось засечь. Спустя год после своего формального открытия Teide 1 был признан научным сообществом именно коричневым карликом. Тогда же объявился коричневый карлик номер два — объект Gliese 229, найденный японскими астрономами в небольшом созвездии Заяц, расстояние до которого составляло лишь 19 световых лет. Далее в течение весьма короткого времени астрофизики смогли выявить порядка нескольких десятков схожих объектов в самых различных регионах Вселенной.
Эти быстрые успехи охотников за коричневыми карликами объяснялись прежде всего заметным технологическим прогрессом, достигнутым земными астрономами с конца 80-х годов прошлого века в конструировании новых телескопов, работающих в инфракрасном диапазоне и оборудованных высокочувствительными матрицами большого размера.
Именно в этом световом диапазоне относительно слабое излучение, исходящее от коричневых карликов, оказалось наиболее уловимым, и после запуска в эксплуатацию целой серии таких гигантских инфракрасных наземных телескопов процесс их обнаружения ускорился.
В новом тысячелетии дополнительную важную лепту в поиск таких объектов, безусловно, внесли и космические телескопы, оснащенные детекторами инфракрасного излучения. Особенно отличились на этом фронте специализированный телескоп-обсерватория NASA Spitzer, запущенный на гелиоцентрическую орбиту в августе 2003 года, и новейший телескоп, отправленный NASA в космос в декабре 2009 года.
Отметим также, что заметному ускорению процесса экспериментального обнаружения коричневых карликов в немалой степени способствовало появление достаточно простого и при этом высокорезультативного аналитического метода, предложенного пионером этого направления Рафаэлем Реболо, — так называемого литиевого теста. Дело в том, что у всех «нормальных» звезд процесс полного сжигания лития занимает немногим более 100 млн лет, тогда как в коричневых карликах этот легчайший химический элемент сохраняется на протяжении свыше 10 млрд лет. Отталкиваясь от этой понятной арифметики, при условии обнаружения в спектре «холодной звезды» литиевой линии вероятность того, что она на самом деле является коричневым карликом, составляет почти 100%.
Впрочем, в формировании спектра холодных (с температурой меньше 1500 градусов Кельвина) коричневых карликов заметную роль должен играть также метан (СН sub 4 /sub ). В частности, такие сильные метановые полосы в спектре были обнаружены у объекта Gliese 229В.
К настоящему времени число официально зарегистрированных коричневых карликов разных типов, температур и возрастов составляет уже около двух тысяч, и с каждым годом число открытий возрастает.
Так, коричневые карлики найдены почти во всех ближайших к нам звездных системах: в 2003 году в окрестностях звезды Эпсилон Индейца, находящейся от Земли на расстоянии около 12 световых лет, была обнаружена система, состоящая сразу из двух сравнительно холодных коричневых карликов с четко выраженными молекулярными линиями метана в спектре. Несколько позднее в телескопы попался одинокий карлик WISE 1506+7027 в созвездии Малая Медведица (11,1 светового года от Земли). Наконец, как уже упоминали выше, последними и самыми близкими нашими соседями из коричневокарликового семейства стала пара Luhman 16А и 16В, открытая в феврале 2013 года американским астрономом Кевином Луманом в созвездии Паруса.
Быстро растет и выявленное разнообразие спектральных классов коричневых карликов. Астрофизическим истеблишментом уже официально признаны четыре больших семейства: коричневые карлики спектральных классов M, L, T и Y. М-класс — самые горячие, звездоподобные космические объекты (более того, к этому классу относят и самые холодные из обычных звезд), и далее по нисходящей. Объекты последнего, пока еще самого малочисленного, спектрального класса Y очень холодные, с поверхностной температурой менее 500 градусов Кельвина. Обнаружить Y-карлики из-за их низкой температуры намного сложнее, и первый объект этого класса был открыт лишь в августе 2011 года.
По прикидкам некоторых астрофизиков, общее число коричневых карликов во Вселенной может быть вполне сопоставимо с числом обычных звезд. Из чего, в частности, следует, что в одной только нашей галактике Млечный Путь этих космических малышей может насчитываться более ста миллиардов.
Правда, эти оптимистические оценки недавно были поставлены под сомнение группой Дэйви Киркпатрика , астрофизика из Калифорнийского технологического института в Пасадене и по совместительству — одного из ведущих экспертов, осуществляющих контроль над работой космического инфракрасного телескопа WISE. Согласно проведенной Киркпатриком и его коллегами подробной переписи открытых на текущий момент коричневых карликов в окрестностях нашей Солнечной системы (условно говоря, в пределах 26 световых лет от нас), на 211 известных науке нормальных звезд, которые имеются по соседству с Землей, пока приходится лишь 33 коричневых карлика. Если исходить из этой статистики, вроде бы получается, что текущая экспериментально выявленная пропорция коричневые карлики/звезды составляет примерно один к шести, а вовсе не один к одному.
Понятно, авторы этой промежуточной переписи вовсе не утверждают, что в дальнейшем в околосолнечной зоне не будут найдены новые коричневые карлики. Тем не менее они полагают, что даже с учетом пока невидимого резерва эта пропорция вряд ли превысит один к трем.
Однако подобные консервативные прогнозы, на наш взгляд, все-таки несколько занижены, поскольку, скажем, достаточно очевидно, что в холодной спектральной группе коричневых карликов (Y-класс) процесс экспериментального обнаружения фактически еще только стартовал. Более того, по мнению ряда теоретиков, именно многочисленные сверххолодные и почти неуловимые коричневые карлики могут на самом деле составлять значительную долю скрытой массы Вселенной — пресловутой темной материи.
Буйные карлики
Сильные атмосферные аномалии, обнаруженные на коричневом карлике Luhman 16В сразу двумя независимыми группами исследователей при помощи крупнейшего наземного телескопа Европейской южной обсерватории (ESO; несмотря на свое официальное название, расположена в Чили), — еще одна весьма примечательная характеристика этих загадочных космических объектов.
Ученые из немецкого Астрономического института Макса Планка в Гейдельберге и британского Эдинбургского университета не только смогли выявить в атмосфере Luhman 16В мощную облачность, но и составили первую в истории экзосолнечных астрономических наблюдений подробную погодную карту, детально описывающую хронологические вариации облачности в его различных регионах.
Как не без иронии отметил в одном из интервью ведущий автор публикации в Nature Иэн Кроссфилд , «достигнутые успехи в “облачном картировании” Luhman 16В позволяют нам надеяться на то, что в самом скором времени мы сможем рассмотреть во всех подробностях то, как формируются, перемещаются и рассеиваются в его атмосфере различные группы облачных скоплений. И тогда у экзометеорологии наконец появится первый внятный погодный прогноз, позволяющий будущим путешественникам загодя рассчитывать, придется ли им по прибытии на тот же Luhman 16В пробиваться сквозь плотные и малоприятные по своему химическому составу облака или, напротив, им улыбнется удача и они попадут туда в редкий ясный день».
Впрочем, о том, что погода на многих коричневых карликах, по всей видимости, весьма паршивая, ученые впервые заговорили годом ранее: еще в январе 2013 года было опубликовано исследование астрономов из Аризонского университета (Тусон, США), предметно изучивших при помощи космических телескопов Spitzer и Hubble коричневый карлик с заковыристым названием 2MASSJ22282889-431026. Коллектив под руководством Дэниела Апаи сумел также обнаружить циклическую последовательность «помутнений» и «просветлений» в инфракрасном диапазоне, свидетельствующую о том, что в атмосфере этого объекта имеются очень крупные зоны с сильной облачностью. Более того, ученым удалось разглядеть различные атмосферные слои и на основании анализа полученных от телескопов данных прийти к выводу о сложном, многоуровневом составе гигантских облачных образований.
По словам одного из участников этого исследования Марка Марли , «в отличие от земных облаков, состоящих из водяного пара, или аммиачных юпитерианских, облака коричневых карликов — это адская смесь из раскаленных зерен песка (силикатных испарений), жидкого железа и прочих экзотических компонентов. И выявленные Spitzer и Hubble у 2MASS колоссальные атмосферные возмущения на разных высотах позволяют внести некоторые коррективы в наше понимание того, что на самом деле представляют собой экстремальные погодные условия».
