Астрономы открыли ещё один горячий юпитер у красного карлика

Как умирают красные карлики?

Вселенная — это огромная, загадочная бездна, наполненная явлениями, которые мы вряд ли поймём до конца. Несмотря на все достижения науки, большая часть наших знаний о космосе остается чисто теоретической. Однако некоторые вещи мы знаем уже сейчас. В том числе и о том, как умирают красные карлики.

Красные карлики — это самый распространенный тип звёзд во Вселенной. Их доля в общем количестве достигает почти 70%. Проксима Центавра, ближайшее к Солнцу светило, тоже красный карлик. Это самые маленькие из состоявшихся звезд. Их свет наблюдается практически только в инфракрасной части спектра, поэтому увидеть их — настоящий подвиг. Невооружённому взгляду они практически не заметны. Они холодны — температура на их поверхности не поднимается выше 4000 градусов по Кельвину. Для сравнения — на Солнце, жёлтом карлике, она составляет 5800 градусов.

Красные карлики выгорают очень медленно. Это настоящие долгожители Вселенной, потенциально способные жить по несколько триллионов лет. Горение звезды происходит благодаря переработке водорода в гелий, а в красных карликах конвективные токи пополняют запасы водорода в ядре и предотвращают накопление там гелия. В той связи, что Вселенной всего около 14 миллиардов лет, мы ещё ни разу не видели, как умирает хоть одна звезда этого типа. И вряд ли когда-нибудь увидим — человеческий род наверняка не просуществует столь долго.

Но у нас есть стройная теория о том, как это происходит. Предполагается, что, приблизившись к концу своего жизненного цикла, эти малютки изменят цвет и станут «голубыми карликами». По мере выгорания топлива температура на поверхности звезды будет повышаться, отчего она будет светиться все ярче и ярче. Те звезды, у которых хватит на это массы, сильно «распухнут» и станут красными гигантами. Но им, в отличие от ещё более крупных звёзд этого типа, никогда не стать сверхновыми, а впоследствии нейтронной звездой или черной дырой.

А Вы смотрели: Сколько звезд на небе?

Вернёмся, однако, к голубым карликам, как бы двусмысленно это ни звучало. Это очень кратковременный этап в жизненном цикле красных карликов. Быстро выработав всё топливо, они должны стать белыми карликами. Кстати, в отличие от голубых, белые в настоящее время существуют – по той причине, что в них могут превращаться и звёзды других типов. Теоретически до 97% всех светил Вселенной со временем превращаются в белых карликов, а не взрываются сверхновыми. Поэтому их предостаточно на небосклоне, и мы можем их видеть, хоть и очень плохо.

Это очень маленькие звезды — довольно часто размером с Землю, и полностью состоят из гелия. Фактически, это то, что сохраняется после гибели светила — остатки её внутреннего ядра. При превращении в белого карлика звезда выбрасывает большую часть своей массы, образуя яркую, очень красочную и объёмную планетарную туманность, но та со временем исчезает, и остаётся только упомянутое ядро.

Белых карликов не следует путать с коричневыми, внутри которых также не идёт процесс ядерного синтеза. Это в основном несостоявшиеся звезды (субзвёздные объекты), масса которых недостаточна для начала реакции синтеза водорода в гелий. Коричневые карлики очень похожи на газовых гигантов, пара которых есть и в нашей системе, за тем исключением, что в них происходит процесс синтеза на основе лёгких элементов, вроде дейтерия. Как понятно, света при этом они генерируют крайне мало.

Красные и белые карлики вызывают особый интерес у учёных по причине гипотетической жизнепригодности их систем. Продолжительность жизни Солнца пугающе коротка в масштабе Вселенной. Человечество не может существовать без звезды, а наше светило даёт нам в этом вопросе всего миллиард лет. Погибнет оно гораздо позже, но именно через указанное время жить рядом с ним будет уже невозможно. Если мы собираемся продолжить своё существование, нужно искать более надёжное прибежище. И красные карлики в этом смысле в высшей степени перспективны. Рядом с ними достаточное количество планет. В Млечном Пути около 100 миллиардов звезд, и от 70 до 80% из них относятся к этому классу. У них, по некоторым подсчётам, до 60 миллиардов планет, похожих на Землю, а нам нужна только одна. Максимум — три-четыре. И после того, как мы там обоснуемся, нам уже никогда не придется беспокоиться о поисках нового дома — по причине той самой продолжительности жизни красных карликов, о которой было сказано в самом начале.

А Вы смотрели: Космическая пыль

Естественно, с проблемами там столкнуться придётся. Из-за того, что они гораздо тусклее и холоднее Солнца, их зона обитаемости гораздо меньше. Нужная нам планета, вероятно, будет находиться от них приблизительно на том же расстоянии, что Меркурий от Солнца, то есть очень близко. Настолько, что, скорее всего, будет постоянно обращена к звезде только одной своей стороной, как Луна к Земле или тот же Меркурий к Солнцу. В одном её полушарии будет гораздо жарче, чем во втором. В общем, это совсем не идеальное место для жизни.

Всё это относится и к белым карликами. Они были бы даже более стабильны с точки зрения происходящих на них возмущений. Это, по сути, умирающие звёзды, но жизнь из них будет уходить в течение невероятно долгого времени, тем более что остывание у них начинается с отметки около 20000 градусов по Кельвину. В конце концов, они превратятся в черных карликов — космические объекты, которые не излучают никакого света. Это что-то вроде чёрной дыры, только без сопутствующих искажений времени и пространства, а также со вполне обычным гравитационным притяжением.

Когда Вселенная вступит в фазу тепловой смерти, в ней, как считается, останутся только чёрные дыры и чёрные карлики. Последние не будут излучать ни тепла, ни света, охладившись до температуры самого космоса, то есть чуть выше абсолютного нуля. Но чёрные карлики — это такие же гипотетические объекты, как голубые. Их пока никто нигде не видел — это чистая теория. Как бы то ни было, до этого ещё очень далеко, и мы можем спокойно думать о красных их собратьях. Это гораздо более жизнерадостная перспектива.

А Вы смотрели: Размер Вселенной

Поделиться ссылкой:

Жизнь на планетах у красных карликов[ | ]

Основная статья: Жизнепригодность системы красного карлика

Термоядерные реакции красных карликов «экономны»: нуклеосинтез в недрах этих звёзд проходит медленно. Это объясняется сильной зависимостью скорости протекания термоядерных реакций (примерно в четвёртой степени) от температуры, которая низка у звёзд малой массы. Поэтому жизненный цикл красных карликов в сотни раз длиннее, чем у звёзд, таких как Солнце. Если на какой-нибудь планете возле красного карлика возникла простейшая жизнь, то вероятность, что она разовьётся во что-нибудь интересное, несравненно выше, чем у таких недолговечных звёзд, как Солнце. Это связано с тем, что для развития высокоорганизованной жизни требуются миллиарды лет.[источник не указан 817 дней

]

Экзопланеты[ | ]

Авторское представление об экзопланете, обращающейся вокруг красного карлика GJ 1214
В 2005 году были обнаружены экзопланеты, обращающиеся вокруг красных карликов. По размеру одна из них сопоставима с Нептуном (около 17 масс Земли). Эта планета обращается на расстоянии всего в 6 миллионов километров от звезды, и поэтому должна иметь температуру поверхности около 150 °, несмотря на низкую светимость звезды. В 2006 году была обнаружена планета земного типа. Она обращается вокруг красного карлика на расстоянии в 390 миллионов километров и температура её поверхности составляет −220 °C. В 2007 году были обнаружены планеты в обитаемой зоне красного карлика Глизе 581, в 2010 году обнаружена планета в обитаемой зоне у Глизе 876. В 2014 году обнаружена землеразмерная планета Kepler-186f в обитаемой зоне [6]. 22 февраля 2020 года было объявлено об обнаружении семи планет земного типа около красного карлика TRAPPIST-1. Три из них находятся в обитаемой зоне [7].

Проблемы, связанные с климатом планет[ | ]

Поскольку красные карлики довольно тусклые, то эффективная земная орбита должна быть близкой к звезде. Но планета, расположенная слишком близко к звезде, становится постоянно обращённой к ней одной стороной. Данное явление называется приливным захватом. Оно может вызвать разницу температур в разных полушариях (ночном и дневном), поскольку на дневном полушарии всегда тепло (может быть — очень жарко), а на ночном температура может приближаться к абсолютному нулю. Плотная атмосфера, однако, могла бы обеспечить некоторый перенос тепла на теневое полушарие, но это, в свою очередь, вызовет сильные ветры.

Красные карлики во много крат активнее Солнца (звёздный ветер таких звёзд ненамного слабее, чем у Солнца). Очень мощные вспышки могут быть губительными для возможной жизни на планете. Магнитное поле планеты могло бы отчасти решить эту проблему, становясь барьером для радиации, но у планет с приливным захватом его в большинстве случаев быть не может, т. к. отсутствие вращения планеты означает также отсутствие вращения ядра. Впрочем, роль магнитосферы в защите от космической радиации долгое время оставалась переоценённой, и защитного свойства одной лишь атмосферы могло бы оказаться достаточно [8].

Проблема первичных красных карликов

Одна из загадок астрономии — слишком малое количество красных карликов, совсем не содержащих металлов. Согласно модели Большого взрыва, первое поколение звёзд должно было содержать только лишь водород и гелий (и совсем небольшое количество лития). Если в числе этих звёзд были красные карлики, то они должны наблюдаться сегодня, чего не происходит. Общепринятое объяснение заключается в том, что звезды с малой массой не могут сформироваться без тяжёлых элементов. Так как в лёгких звёздах протекают термоядерные реакции с участием водорода в присутствии металлов, то ранняя протозвезда с малой массой, лишённая металлов, не в состоянии «зажечься» и вынуждена оставаться газовым облаком до тех пор, пока не получит больше материи. Всё это служит поддержкой теории о том, что первые звёзды были очень массивными и вскоре погибли, выбросив большое количество металлов, необходимых для формирования лёгких звёзд

.

Красные карлики во Вселенной

Почти все звёзды, видимые невооружённым глазом, белые или голубые, поэтому можно подумать, что красные карлики распространены мало. Но они — самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной[5]. Суть в том, что слабые звёзды на расстоянии просто не видны. Проксима Центавра, ближайшая звезда к Солнцу — красный карлик (спектральный класс M5,5Ve; звёздная величина 11,0m

), как и двадцать из следующих тридцати ближайших звёзд. Однако из-за их низкой яркости они мало изучены.

Общие характеристики

Спектр звезды класса M6V

Красные карлики довольно сильно отличаются от других звёзд. Диаметр и масса красных карликов не превышает трети солнечной (нижний предел массы — 0, 0767]] солнечной, за этим идут коричневые карлики). Температура поверхности красного карлика достигает 3500 , что сравнимо с температурой спирали лампы накаливания, поэтому вопреки своему названию красные карлики, аналогично лампам, испускают свет не красного, а скорее охристо-желтоватого оттенка. Звезды этого типа испускают очень мало света, иногда в 10 000 раз меньше Солнца. Из-за низкой скорости сгорания водорода красные карлики имеют очень большую продолжительность жизни — от десятков миллиардов до десятков триллионов лет (красный карлик с массой в 0, 1 массы Солнца будет гореть 10 триллионов лет)]. В красных карликах невозможны термоядерные реакции с участием гелия, поэтому они не могут превратиться в красные гиганты. Со временем они постепенно сжимаются и всё больше нагреваются, пока не израсходуют весь запас водородного топлива, и постепенно превращаются в голубые карлики, а затем — в белые карлики с гелиевым ядром. Но с момента Большого взрыва прошло ещё недостаточно времени, чтобы красные карлики смогли сойти с главной последовательности

.

Тот факт, что красные карлики остаются на главной последовательности, в то время как другие звезды сходят с неё, позволяет определять возраст звёздных скоплений путём нахождения массы, при которой звёзды вынуждены сойти с главной последовательности. Кроме того, тот факт, что на данный момент не найдено ни одного красного карлика вне главной последовательности, свидетельствует о том, что Вселенная имеет конечный возраст

.