Красный карлик
Кра́сный ка́рлик — согласно диаграмме Герцшпрунга — Рассела, маленькая и относительно холодная звезда главной последовательности, имеющая спектральный класс М или поздний К. Являются очень распространёнными звёздами, особенно в старых шаровых скоплениях типа M3, галактическом гало. Распределение красных карликов в Галактике сферическое, в отличие от сильно излучающих её рукавов, светимость которых обусловлена яркими молодыми звёздами и переизлучением от газовых скоплений.
Общие характеристики
Красные карлики довольно сильно отличаются от других звёзд. Масса красных карликов не превышает трети солнечной массы (нижний предел массы или предел Кумара — 0,0767 при обычном содержании тяжёлых элементов[1][2] M☉, затем идут коричневые карлики). Температура фотосферы красного карлика может достигать 3500 К, что превышает температуру 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 чем Солнце. Из-за низкой скорости термоядерного 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)[2]. В недрах красных карликов 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.
| Спектральный класс | Радиус | Масса | Светимость | Температура | Типичные представители |
|---|---|---|---|---|---|
| R/R☉ | M/M☉ | L/L☉ | K | ||
| M0 | 0,64 | 0,47 | 0,075 | 3850 | GJ 278C |
| M1 | 0,49 | 0,49 | 0,035 | 3600 | GJ 229A |
| M2 | 0,44 | 0,44 | 0,023 | 3400 | Лаланд 21185 |
| M3 | 0,39 | 0,36 | 0,015 | 3250 | GJ 725A |
| M4 | 0,26 | 0,20 | 0,0055 | 3100 | Звезда Барнарда |
| M5 | 0,20 | 0,14 | 0,0022 | 2800 | GJ 866AB |
| M6 | 0,15 | 0,10 | 0,0009 | 2600 | Вольф 359 |
| M7 | 0,12 | 0,09 | 0,0006 | 2500 | Ван Бисбрук 8 |
| M8 | 0,11 | 0,08 | 0,0003 | 2400 | Ван Бисбрук 9 |
| M9 | 0,08 | 0,079 | 0,00015 | 2300 | LHS 2924 |
| M9.5 | 0,08 | 0,075 | 0,0001 | 2250 | DENIS-P J0021.0–4244[4] |
Красные карлики во Вселенной
Почти все звёзды, видимые невооружённым глазом, — белые или голубые, поэтому можно подумать, что красные карлики распространены мало. Но в действительности они представляют собой самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной[5]. Суть в том, что слабые звёзды на расстоянии просто не видны. Проксима Центавра, ближайшая к Солнцу звезда, — 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.
Проблема первичных красных карликов
 | В разделе не хватает ссылок на источники (см. также рекомендации по поиску). |
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, согласно которой первые звёзды были очень массивными и вскоре погибли, выбросив большое количество металлов, необходимых для формирования лёгких звёзд.
Жизнь на планетах у красных карликов
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 желтых карликов (Солнца в частности). 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 сравнительно недолговечных звёзд, как Солнце. Это связано с тем, что для развития высокоорганизованной жизни требуются миллиарды лет.[источник не указан 2188 дней]
Экзопланеты
.jpg){kind=spacer}
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 (0,04 а.е.), и поэтому должна иметь температуру поверхности около 150 °C, несмотря на низкую светимость звезды. В 2006 году была обнаружена планета земного типа. Она обращается вокруг красного карлика на расстоянии в 390 миллионов километров (2,6 а.е.) 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 2017 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 солнечные вспышки в системе красного карлика 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].
Типичные красные карлики
- Проксима Центавра — (M5.5 Ve) — расстояние 1,31 пк; светимость — 0,000 072 солнечной;
- Звезда Барнарда — (M5V) — расстояние 1,83 пк; светимость — 0,000 450 солнечной;
- Вольф 359 — (dM6e) — расстояние 2,34 пк; светимость — 0,000 016 солнечной;
- Росс 154 — (dM4e) — расстояние 2,93 пк; светимость — 0,000 380 солнечной;
- Росс 248 — (dM6e) — расстояние 3,16 пк; светимость — 0,000 110 солнечной;
- Росс 128 — (dM5) — расстояние 3,34 пк; светимость — 0,000 080 солнечной;
- Глизе 581 — (M3V) — расстояние 6,27 пк; светимость — 0,013 солнечной;
- TRAPPIST-1 — (M8V) — расстояние 12,10 пк; светимость — 0,000 525 солнечной.
Примечания
- ↑ Burrows, A., Hubbard, W. B., Saumon, D., Lunine, J. I. An expanded set of brown dwarf and very low mass star models (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — IOP Publishing, 1993. — Vol. 406, no. 1. — P. 158—171. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/172427. — .
- ↑ 2,0 2,1 Fred C. Adams & Gregory Laughlin (U. Michigan) (1997), A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects, p. 5, arΧiv:astro-ph/9701131 [astro-ph]. (англ.)(По поводу срока пребывания на главной последовательности: См. С. 5. — формула (2.1a): [math]\displaystyle{ _{\tau_\ast = 10^{10} yr \left [ {M_\ast\over 1M_\odot} \right ]^{-\alpha}} }[/math], где для звёзд малой массы берётся значение α ≈ 3 — 4. Если брать значение α = 3, то красный карлик с массой в 0,1 M⊙ будет гореть 1⋅1013 лет. Если брать значение α = 4 , а массу красного карлика M* = 0,0767 M⊙, то такой красный карлик горел бы 2,9⋅1014 лет.)
- ↑ Kaltenegger, L.; Traub, W. A. Transits of Earth-like Planets (англ.) // The Astrophysical Journal : рец. науч. журнал. — IOP Publishing, 2009. — Vol. 698, no. 1. — P. 519—527. — doi:10.1088/0004-637X/698/1/519. — .
- ↑ Caballero J. The widest ultracool binary (англ.) // Astronomy and Astrophysics : рец. науч. журнал. — EDP Sciences, 2007. — Vol. 462. — P. L61—L64. — doi:10.1051/0004-6361:20066814. — .
- ↑ Дипак Чопра, Минас Кафатос. Ты – Космос. Как открыть в себе вселенную и почему это важно. — Litres, 2017-10-29. — 329 с. — ISBN 978-5-04-074474-9. Архивная копия от 6 июня 2020 на Wayback Machine
- ↑ Kepler Has Found the First Earth-Sized Exoplanet in a Habitable Zone!. Дата обращения: 18 апреля 2014. Архивировано 18 апреля 2014 года.
- ↑ Northon, Karen. NASA Telescope Reveals Record-Breaking Exoplanet Discovery (англ.), NASA (22 February 2017). Архивировано 5 марта 2017 года. Дата обращения 22 февраля 2017.
- ↑ Магнитное поле Земли не защищает от радиации. Дата обращения: 1 мая 2017. Архивировано 8 февраля 2017 года.
Литература
- Alpert, Mark (Nov. 2005). «Red Star Rising». Scientific American, p. 15.
- Neptune-Size Planet Orbiting Common Star Hints at Many More
Ссылки
- A. Burrows; W. B. Hubbard; D. Saumon; J. I. Lunine. An expanded set of brown dwarf and very low mass star models (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1993. — Vol. 406, no. 1. — P. 158—171. — doi:10.1086/172427. — .
- VLT Interferometer Measures the Size of Proxima Centauri and Other Nearby Stars, European Southern Observatory (19 ноября 2002). Архивировано 3 января 2007 года. Дата обращения 12 января 2007.