Не звезды и не планеты, таинственные коричневые карлики долгое время были предметом теоретических диспутов и тщательных поисков. Согласно расчетам эти космические тела должны были иметь промежуточную массу между планетами и наиболее легкими звездами. Внешний вид коричневых карликов — это смесь звезды и планеты: самые легкие из них, массой около 13 масс Юпитера, совсем не излучают видимый свет и со стороны очень похожи на газовые гиганты Солнечной системы; самые тяжелые, массой около 70 масс Юпитера, уже трудно отличить от звезд. Они вполне себе светятся, правда, не как звезды: для протекания ядерных реакций температура в недрах коричневых карликов недостаточна, и их слабый красноватый свет является продуктом медленного гравитационного сжатия.

Странные коричневые карлики были найдены в середине 90-х годов, и с тех пор астрономы не только наловчились отличать их от звезд и планет, но и достаточно далеко продвинулись в исследовании их физических свойств и эволюции.

Сегодня с помощью новейших телескопов астрономы изучают совсем молодые, еще до конца не сформировавшиеся коричневые карлики в звездных скоплениях. (Их изучать легче, поскольку они еще не остыли и светят ярче своих старших собратьев, а кроме того, интереснее, потому что на их примере можно буквально пошагово проследить за формированием этих интереснейших объектов из межзвездных облаков.)

Относительно недавно обнаружилось, что некоторые из таких молодых субзвезд окружены пылевыми дисками. Ничего особо удивительного в этом открытии нет: такие же, только гораздо бо́льшие по размерам диски открыты у великого множества звезд (они массивнее, соответственно, и пылевые диски вокруг них больше), да и у Солнца в период его юности имелся такой же — из него-то и сформировались Земля и другие планеты. Казалось бы, пылевые диски у молодых коричневых карликов тоже можно было бы назвать протопланетными, но вот беда: теория предсказывает, что внешние области этих дисков слишком разрежены, а частицы в них двигаются слишком быстро, чтобы слипаться после столкновений, и поэтому планеты вокруг субзвезд не образуются. Кроме того, согласно общепринятым представлениям, пылевые зерна сразу после своего формирования должны сразу устремляться в направлении центра притяжения – то есть к коричневому карлику – и исчезать из внешних областей диска.

Некоторые молодые коричневые карлики окружены пылевыми дисками. По форме и происхождению эти диски похожи на протопланетные диски молодых звезд, однако гораздо меньше их в размерах. Считается, что скалистые планеты образуются в таких дисках в процессе случайных столкновений и слипания вещества, которое изначально имеет форму микроскопических частиц. Эти мельчайшие крупинки, называемые космической пылью, внешне напоминают очень мелкий песок или сажу. Астрономы также считали, что вокруг коричневых карликов такие крупинки образовываться не могут по причине низкой температуры и малой массы их дисков. Рисунок: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. Kornmesser (ESO)

Каково же было удивление астрономов, когда они обнаружили в одном из таких дисков твердые зерна миллиметрового размера!

«Для нас было полной неожиданностью обнаружить зерна миллиметрового размера в тонком маленьком диске, — сказал Лука Риччи (Luca Ricci) из Калифорнийского Технологического института (США), руководитель группы ученых из США, Европы и Чили, проводивших исследование. — Твердые частицы пыли такого размера вообще-то не должны формироваться в холодных внешних областях диска, окружающего коричневый карлик, но оказывается, что это каким-то образом все-таки происходит. Мы не можем сказать наверняка, может ли там со временем образоваться целая каменная планета (и не образовалась ли она), но мы видим первые шаги в этом направлении».

Наблюдения на телескопе ALMA ясно показали, что часть вещества диска слиплась до размеров нескольких миллиметров. Как такие частички могли бы выглядеть внешне? Примерно так, как на этой картинке. Рисунок: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO)

Свои более чем неожиданные результаты Риччи и его коллеги получили на на решетке антенн телескопа ALMA, который в настоящее время достраивается в высокогорной чилийской пустыне Атакама. ALMA – это множество высокоточных антенн-тарелок, работающих как единый гигантский телескоп с очень высокими разрешением и чувствительностью. ALMA «видит» Вселенную на миллиметровых и субмиллиметровых волнах, недоступных для человеческого глаза.

Исследователи направили телескоп на молодой коричневый карлик ISO-Oph 102, также известный под названием Rho-Oph 102 (он находится в области звездообразования Ро Змееносца, находящейся в созвездии Змееносца или Ophiuchus по-латыни). Масса ISO-Oph 102 примерно в 60 раз превышает массу Юпитера и составляет всего лишь 0,06 массы Солнца — это типичный коричневый карлик.

Изображение молодого коричневого карлика ISO-Oph 102 (Rho-Oph 102), который находится в регионе звездообразования Ро Змееносца. Позиция ISO-Oph 102 отмечена перекрестием. Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Digitized Sky Survey 2/Davide De Martin

Будучи чувствительным к излучению с длиной волны около миллиметра, телескоп ALMA идеален для изучения вещества диска, лишь едва нагреваемого коричневым карликом. Частицы пыли в диске почти не излучают энергию на волнах длиннее, чем их собственные размеры, поэтому на более длинных волнах наблюдается характерное резкое падение яркости. Следовательно, наблюдая за яркостью диска на разных длинах волн, можно оценить и размер частиц пыли. Астрономы сравнили яркость диска на длинах волн 0,89 мм и 3,2 мм. Скачок яркости в этом промежутке оказался не таким резким, как ожидалось, откуда следует, что по крайней мере часть пылевых зерен имеет размер около миллиметра или более.

Но и это еще не все: бо́льшее по сравнению с ранее построенными инструментами разрешение телескопа ALMA позволило исследователям заметить в окрестностях коричневого карлика признаки наличия окиси углерода, что стало первым случаем регистрации холодного молекулярного газа в таком диске. Это открытие, так же как и обнаружение пылевых зерен миллиметрового размера, свидетельствует о том, что диски вокруг коричневых карликов имеют значительно больше общего с дисками вокруг молодых звезд, чем предполагалось ранее.

«ALMA – новый мощный инструмент для решения загадок образования планетных систем. С телескопом предшествующего поколения такая задача потребовала бы почти месяца наблюдений, на практике же так долго наблюдать просто невозможно. А теперь, используя только четверть полного набора антенн ALMA, мы смогли все сделать меньше, чем за час!» — прокомментировал открытие Леонардо Тести (Leonardo Testi) из Европейской южной обсерватории, член исследовательской группы.

Уже в следующем году, после окончания строительства, ALMA будет удивительно мощным инструментом. Астрономы смогут в сжатые сроки получать детальные изображения дисков вокруг Rho-Oph 102 и других объектов в сотнях световых лет от Солнца. «Скоро мы будем в состоянии не только регистрировать присутствие малых пылевых частиц в дисках, но и картографировать их распределение по околозвездному диску, и определять характер их взаимодействия с газом, который мы уже нашли в диске. Все это поможет нам лучше понять, как появляются на свет планеты», — полагает Риччи.

регион звезды ро Змееносца

Регион звездообразования Ро Змееносца, где находится коричневый карлик ISO-Oph 102, является излюбленной целью многих астрофотографов. На этом снимке, помимо разноцветных облаков газа и пыли, мы видим яркую желтоватую звезду Антарес (внизу слева) и шаровое скопление М4 (внизу справа). Фото: Manuel Jung

Пока же наблюдения группы Риччи наводят на мысль о чрезвычайной распространенности скалистых планет во Вселенной. Недавние оценки количества планет в Галактике, проведенные европейскими учеными, показывают, что только у красных карликов нашей галактики должны быть десятки миллиардов каменных планет. Но коричневые карлики, возможно, столь же распространены, как и красные. Значит ли это, что число планет земной группы в Галактике вырастает автоматически вдвое?

Ниже — короткое видео о коричневом карлике ISO-Oph 102: местонахождение на небе и фантазии художника на тему, как оно там, внутри диска…

Loading player…

По материалам ESO.