В космосе есть объекты, которые нельзя назвать ни полноценными звездами, ни планетами. Это коричневые карлики — тела с недостаточной массой, чтобы запустить устойчивые термоядерные реакции. Они рождаются как звезды, но быстро «остывают» и постепенно теряют яркость на протяжении миллиардов лет. Среди них особый интерес представляют самые холодные представители — так называемые Y-карлики.
Что такое Y-карлики и почему они важны
Y-карлики — это самые холодные известные коричневые карлики с температурой ниже 500 К (примерно до 225 °C). Для сравнения, поверхность Солнца нагрета до ~5500 °C. Некоторые из этих объектов настолько холодны, что их температура сопоставима с земной комнатной.
Долгое время астрономы знали всего один экстремально холодный объект — WISE J0855-0714 с температурой около 275 К. Он оказался необычным: между ним и другими известными коричневыми карликами существовал большой «разрыв» по светимости и температуре. Проще говоря, не хватало промежуточных объектов.
Как телескоп нового поколения меняет картину
Ситуация начала меняться благодаря космическому телескопу James Webb Space Telescope (JWST). Он способен видеть в среднем инфракрасном диапазоне — именно там холодные объекты излучают большую часть своей энергии.
С помощью JWST ученые обнаружили несколько новых кандидатов, которые заполняют этот «пробел» между самыми холодными и более теплыми коричневыми карликами. Некоторые из них оказались частью двойных систем — например, два Y-карлика, вращающиеся друг вокруг друга, или карлик рядом с белым карликом.
Как измеряют температуру «почти невидимых» объектов
Главная сложность в изучении таких тел — их слабое излучение. Чтобы определить температуру (Teff), ученые сначала вычисляют светимость объекта — сколько энергии он излучает в целом.
Для этого собирают данные в широком диапазоне длин волн, особенно в инфракрасе. Затем используют модели эволюции коричневых карликов: между светимостью и температурой существует довольно строгая связь. Чем слабее объект светится, тем он холоднее.
Интересно, что для очень холодных карликов светимость почти однозначно задает температуру, но не массу. Чтобы узнать массу, нужны дополнительные параметры, например гравитация.
Цвет как инструмент измерения температуры
Астрономы также нашли удобный способ оценивать температуру по «цвету» объекта — разнице яркости на разных длинах волн. Для этого были построены зависимости между инфракрасными цветами и температурой.
Оказалось, что такие методы дают довольно точные оценки:
- для самых холодных объектов (~350 К) ошибка составляет около 20 К,
- для более теплых — до 60 К.
Однако есть исключения. Некоторые коричневые карлики имеют необычные характеристики — например, нестандартный химический состав или гравитацию. Такие объекты могут «выбиваться» из общих закономерностей.
Сколько холодных карликов рядом с нами
На сегодня известно около 30 Y-карликов с температурой от 275 до 425 К на расстоянии до ~20 световых лет. В радиусе 10 световых лет их насчитывается около 20.
Это позволяет оценить плотность таких объектов в нашей окрестности: примерно 4–6 тысячных объекта на кубический парсек. При этом самые холодные представители могут быть недоучтены — их просто трудно обнаружить.
Необычные открытия: двойные системы и «аномальные» карлики
Некоторые Y-карлики оказались частью двойных систем. Это важно, потому что такие системы помогают точнее определить свойства объектов.
Например:
- в одной системе обнаружены два карлика с температурами около 300–400 К,
- в другой — возможный спутник белого карлика с температурой около 300 К и массой всего 9–12 масс Юпитера.
Также выявлены «странные» объекты:
- одни выглядят более «старыми» и бедными металлами,
- другие — наоборот, моложе и богаче тяжелыми элементами,
- есть и такие, чьи свойства пока невозможно объяснить.
Почему это важно для науки
Изучение самых холодных коричневых карликов помогает понять:
- как формируются звезды и планеты,
- где проходит граница между ними,
- как выглядят атмосферы при очень низких температурах.
Особый интерес вызывает область температур около 300–400 К — именно там в атмосферах начинают формироваться облака воды, как на Земле.
Взгляд в будущее
Новые данные показывают, что холодные коричневые карлики встречаются чаще, чем считалось раньше. Более того, JWST уже обнаруживает подобные объекты на расстояниях в сотни и даже тысячи световых лет.
Это означает, что в ближайшие годы нас ждет настоящий «бум» открытий. А самые холодные и тусклые соседи Солнечной системы могут оказаться лишь верхушкой айсберга.
Источники:
Статья создана по материалам работы на arXiv.org
