Пять коричневых карликов приблизились по массе к звездам

От первых их отделяет слабость термоядерных реакций, а от вторых, что они вообще протекают. Нам о них известно немного, поскольку они тусклые и исследовать их довольно неудобно. Но телескопу TESS удалось разглядеть пять таких, которые приблизились к черте, за которой им бы хватило массы, чтобы стать звездой. Почему эти объекты все же немало массивные звезды, ученые пояснили в Astronomy Astrophysics. Звезды рождаются в молекулярных облаках, так называемых звездных люльках, где во время сжатия газа образуется центр тяжести, на который наслаивается вещество и образует протозвезды. Затем начинается первая термоядерная реакция — горит дейтерий как наиболее легковоспламеняющийся элемент. Если массы хватит, то дальше объекту хватит сил плавить водород в гелий в своем ядре, а сам он станет называться звездой и попадет на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рассела. Подробнее об этом процессе Nauka.ua рассказывала в карточках «Как долго живут звезды?», А сейчас стоит остановиться на этапе горения дейтерия. Как сказано выше, если звезде хватит массы, то за дейтерием начнет гореть водород. Это примерно 80 масс Юпитера — самая низкая граница, по которой объект уже станет звездой. А если не хватит? Для горения дейтерия достаточно 13 масс Юпитера — это также немало, термоядерная реакция все же происходит, хотя и слабая — греет всего до 400 градусов Цельсия. То есть называть такой объект планетой было бы неправильно.

Поэтому на диаграмме появляется сразу три новых спектральных класса и новый класс объектов — коричневые карлики. Их называют межзвёздными объектами или объектами промежуточными между планетами-гигантами и мало массивными звездами массой — между 13 и 80 массами Юпитера.

Но дело в том, что эти границы весьма условны, ведь точная масса, которой хватит для синтеза дейтерия и водорода, зависит от химического состава объекта. А коричневые карлики имеют слишком низкую светимость, чтобы его можно было исследовать.

Швейцарским ученым с помощью телескопа TESS удалось найти целых пять новых коричневых карликов во время их прохождения мимо диск звезды-хозяина. Их назвали TOI-148, TOI-587, TOI-681, TOI-746 и TOI-1213 и крупнейшими среди находивших до сих пор. Наземные телескопы также подтвердили существование этих объектов, поэтому астрономы сделали их объектом исследований с целью разобраться с формированием и эволюцией «звезд-неудачников».

Как мы уже отметили, пока исследователи делятся на два лагеря, кому все же относить коричневых карликов, отдельные описания о них вместе со звездами с очень малой массой станут решающими факторами для создания универсальной модели формирования таких объектов. Особенно транзитные коричневые карлики, радиусы которых можно точно определить, потому что пока о большинстве найденных мы знаем только радиальные скорости и не уверены, не являются ли они на самом деле звездами малой массы. Учитывая данные TESS, эту пятерку точно можно отнести к межзвездным объектов, потому что удалось сделать фотометрические и спектроскопические измерения, которые указали на близость их массы до предела горения водорода. Так первого, TOI-148, телескоп наблюдал с 25 июля до 22 августа 2018. За это время карлик совершил шесть транзитов, каждые 4,87 дня.

Второй коричневый карлик под названием TOI-587 успел всего дважды пройти по диску своей звезды с 2 по 28 февраля 2019, поэтому ученые подозревают, что его орбитальный период составляет около восьми дней. По TOI-681 телескопы смотрели и зимой, и летом, и осенью 2019−2020, за это время он сделал два транзита с разницей в 15,8. Точность этих выводов подтвердили наблюдения cтратосфернои обсерватории инфракрасной астрономии (SOFIA). За 17 замеченными транзитами TOI-746 удалось определить, что его орбитальный период составляет 10,9 дня. Транзит карлика TOI-1213 оказался самым длинным — 27,2 дня.

TOI-148 и TOI-746 оказались старшими — их возраст оценили в 7,7 и 6,5 миллиарда лет соответственно. Они имели и маленькие радиусы, соответствующие типичному окончанию жизни коричневого карлика — он остывает и сжимается. TOI-587 и TOI-681 оказались горячим и ожидаемо молодыми — им дали меньше 0,1 и 0,2 миллиарда лет. TOI-1213 оценили в 5,3 миллиарда лет и отметили его устойчивость к приливным сил звезды-хозяина, потому что он второй по времени транзита. В общем все пять проанализированных коричневых карликов имеют массы около пределов необходимой для запуска процессов горения водорода, но недостаточной, чтобы дотянуть до нижней границы звезд главной последовательности — 73−96 масс Юпитера. И именно эта грань между коричневым карликом и звездой важна, поскольку небольшие изменения массы могут вызвать совершенно разные сценарии жизни этих объектов. Мало массивные M-карлики могут сжигать водород в триллионах лет по сравнению с коричневыми, в которых будет только кратковременная стадия горения дейтерия и меньше миллиарда лет до полного остывания.

Коричневые карлики уже не впервые попадают на глаза TESS, который ищет эко планеты. Так, например, телескоп заметил одного такого на короткой орбите у красного карлика — последний уже считается звездой.

Перевод материала nauka.ua