Čo sú to hnedí trpaslíci?

Rôzne veľké farebné glóbusy s textovými poznámkami na čiernom pozadí.

Kvalitaomšato je to, čo oddeľuje planéty od hnedých trpaslíkov od hviezd. Tu je všeobecné porovnanie hmotností každého z nich. Obrázok prostredníctvom NASA/Caltech/ R. Hurt (IPAC).


Hmotnosť, s ktorou sa hviezda narodí, určuje jej osud. Hviezdy sú objekty narodené s veľkými hmotnosťami - apretosilná gravitácia-aby sa hviezda stlačila a vytvorila vysoké vnútorné teploty. Vysoké teploty iskriatermonukleárne fúzne reakcie, ktoré umožňujú hviezdam svietiť. Planéty, na druhej strane, majú oveľa menšie hmotnosti a v dôsledku toho slabšiu gravitáciu a žiadnu vnútornú fúziu; žiaria hlavne svetlom odrazeným od ich hviezd. Hnedí trpaslíci spadajú niekde medzi masy obrovských planét ako Saturn a Jupiter a najmenších hviezd.

Mohli by sme hovoriť o hmotách hnedých trpaslíkov ako o častiach hmotnosti nášho slnka, ale astronómovia zvyčajne používajú hmotnosť Jupitera ako štandardné opatrenie. Hodnota 13 hmotností Jupitera sa považuje za hornú hranicu plynných obrovských planét. Ak je hmotnosť plynovej planéty väčšia ako 13 hmotností Jupitera, termonukleárne spaľovanie (fúzia) zdeutérium- vzácny prvok, ktorý zostal z Veľkého tresku - sa môže vyskytnúť v interiéri objektu. Deutérium je iný názov pre „ťažký vodík“, čo je vodík s aneutrónpripojené k protónu v jadre atómu (nie iba aprotónsám). Hodnota väčšia ako 80 hmotností Jupitera je dolnou hranicou normálneho horeniavodík-proces, pomocou ktorého môžu hviezdy svietiť-a teda za účelom umožnenia predmetu kvalifikovať sa ako plnohodnotná hviezda.


Hnedý trpaslík je teda obvykle definovaný ako akékoľvek telo ležiace v hmotnostnom rozmedzí 13 až 80 hmotností Jupitera.

Ale v tomto príbehu je oveľa viac ...

Hviezdny priestor s mnohými predmetmi zakrúžkovanými a vložkami, ktoré vedľa nich zobrazujú rozbité pohľady.

Zobraziť väčšie. | Hnedí trpaslíci sú súčasťou zverinca predmetov nachádzajúcich sa vo vesmíre. Tento obrázok ukazuje centrálnu časť hmloviny Orion, relatívne blízku oblasť tvoriacu hviezdy v našej vlastnej galaxii Mliečna dráha. Na obrázku je oblasť merajúca zhruba 4 x 3svetelné roky. Každý symbol identifikuje dvojicu predmetov, vnímaných ako jeden bod svetla v strede symbolu. Hrubší vnútorný kruh predstavuje primárne telo a tenší vonkajší kruh označuje spoločníka. Červená označuje planétu; oranžový a hnedý trpaslík; a žltá hviezda. Ku každému symbolu prilieha dvojica snímok z HST. Obrázok vľavo je pôvodným obrazom primárneho objektu (hviezdy) a jeho spoločníka. Obrázok vpravo zobrazuje iba spoločníka, pričom primárny objekt je digitálne odčítaný špeciálnou technikou spracovania obrazu, ktorá rozdeľuje obrázky objektov do binárnych dvojíc. Obrázok prostredníctvomHubbleov server.

Čo je to hviezda?




Hviezda je veľká zbierka prachu a plynu, ktorá kondenzovala z prvotného mraku, ktorý bol nejakým spôsobom narušený.Rôzne mechanizmymôže spôsobiť rušenie. Napríklad šoková vlna zo vzdialenej supernovy - explodujúcej hviezdy - môže rušiť prvotný oblak vo vesmíre, o stáročia alebo tisícročia neskôr a mnohésvetelné rokypreč. Oblak stráca svoju uniformitu a oblasti s mierne vyššou hustotou (a teda aj väčšou gravitáciou) začínajú priťahovať ľahšie molekuly.

Pretože sa hmota vďaka svojej teraz rastúcej gravitácii stále zhlukuje, je stále horúcejšia a horúcejšia, rovnako ako sa pneumatika na bicykli zahrieva na dotyk, keď ju nahustíte, a tým stlačíte molekuly vzduchu vo vnútri. Nakoniec záležitosť dosiahne kritické množstvo; hviezda začnepoistka deutérias bežným vodíkomhélium-3molekuly. K tomu dochádza pri nízkej teplote (o niečo menej ako 1 000 000 stupňov Kelvina alebo 1 800 000 Fahrenheita).

V mieste, kde začína fúzia, môžeme hviezdu opísať inak. Hviezda je teraz objektom v dokonalej rovnováhe (aj keď dočasne) medzi silou tlačiacou von spôsobenou fúznymi reakciami v jej jadre a silou tlačiacou dovnútra vlastnej gravitácie. Gravitácia chce hviezdu rozdrviť ďalej, ale fúzia tomu zabráni. Fusion chce hviezdu rozšíriť, ale gravitácia to nenechá. Výsledkom je jemná rovnováha: hviezda.

Ak by fúzia deutéria neprebehla, vo vesmíre by bolo veľmi málo hviezd s viac ako trojnásobkom hmotnosti nášho slnka. Je to preto, že-ak by fúzia vodíka začala hneď, ako by bola hmotnosť a teplota dostatočne vysoká-hviezda by ešte nemala dostatok hmoty na vlastnú gravitáciu, aby odolávala tlaku vodíkovej fúzie, ktorý by tlačil smerom von. Hviezda by expandovala a táto expanzia by spôsobila pokles jej vnútornej teploty, čím by sa spomalili a nakoniec ukončili reakcie vodíkovej fúzie, ktoré hviezdy vyžadujú, aby žiarili.


Fúzia deutéria udržuje hviezdu dostatočne chladnú, aby umožnila hviezde akumulovať dostatočnú hmotnosť, takže keď vodíková fúzia skutočne začne (okolo 13 000 000 stupňov K alebo 23 000 000 F), môže pokračovať. V tom čase je hviezda dostatočne hustá, aby mala dostatočnú gravitáciu na to, aby odolala expanzii, takže teploty v jej vnútri zostali vysoké.

Prečítajte si viac: Vďaka čomu hviezdy žiaria?

Vo väčšine prípadov vám zostane jeden hlavný odbornarastaniektorá tvorí hviezdu poháňanú vodíkovou syntézou. Je tiež možné, že v hustých oblakoch môže vzniknúť viac hviezd. A tak máme dvojhviezdičkové systémy (nazývané abinárnesystém) a trojhviezd (trinárny) a štvorhviezdičkové (kvartér).

Skutočne existujú príklady veľmi zložitých systémov s piatimi, šiestimi a siedmimi hviezdami, ktoré sa nazývajú päťnásobok (päťročnica), šesťnásobok (sextenary) a septuple (september) (kliknutím na každé číslo zobrazíte príklady). Tieto môžu spadnúť na obežné dráhy okolo seba, ktoré (aj keď sú veľmi zložité) môžu byť stále dostatočne stabilné, aby umožnili vznik planét.


5 rôznofarebných glóbusov, jeden obrovský, jeden označený ako slnko, tri oveľa menšie a jeden malý označený ako Zem.

Všeobecné porovnanie veľkosti medzi hviezdou s nízkou hmotnosťou, hnedým trpaslíkom a planétou Jupiter. Napriek tomu, že hnedí trpaslíci sú až 80-krát hmotnejší ako Jupiter, ich veľkosť by bola len asi o 10-15% väčšia. Obrázok prostredníctvom Wikimedia Commons.

Čo je to planéta?

Po vzniku hviezd a začiatku fúzie vodíka sa spustí slnečný vietor, ktorý vymetie zvyšný plyn zo systému. Bude existovať niekoľko menších prírastkov, ktoré budú príliš objemné na to, aby ich mohol vytlačiť vonkajší tlak slnečného vetra. V skutočnosti padnú dovnútra smerom k hviezde.

Pretože všetko vo vesmíre mámoment hybnosti- inými slovami, pretože mrak sa otáča alebo točí - častice v počiatočnom oblaku, ktoré sa zhromažďujú a vytvárajú hviezdu, budú mať tendenciu padať smerom k hviezde na dlhej špirálovej dráhe. Tým sa predlžuje ich pád a týmuhlová rýchlosťTo je dôvod, prečo sa planéty otáčajú (otáčajú) a obiehajú okolo svojich hviezd vo všeobecnosti rovnakým smerom.

V dôsledku kolízií a vzájomných atrakcií sa meniace dráhy novovznikajúcichprotoplanéty, mnohí dosiahnu rovnovážny bod a usadia sa na stabilnú obežnú dráhu. Nakoniec sa z nich stanú skutočné planéty - buď skalnaté svety ako Zem alebo Mars, alebo plynové obry ako Jupiter alebo Saturn -narastajúcizvyšné malé zvyšky pôvodného prvotného oblaku vlastnou gravitáciou.

Planéty rôznych veľkostí a farieb na čiernom pozadí, pričom Zem je oveľa menšia ako ostatné.

Planéty sú objekty s oveľa menšou hmotnosťou ako hviezdy. Toto je koncept umelca, ktorý ukazuje porovnanie 3exoplanétv systéme Kepler-51 s niektorými planétami v našej vlastnej slnečnej sústave. Obrázok prostredníctvom NASA/ ESA/ STScI/ CU Boulder dnes.

Aký je rozdiel medzi hviezdami a planétami?

Hviezdy vznikajú kolapsom plynu a prachu v prvotnom oblaku. V dôsledku toho majú relatívne nízke množstvo toho, čo astronómovia nazývajúkovy(pre astronómov,metalízaoznačuje akýkoľvek prvok ťažší ako vodík a hélium).

Hviezda zhromažďuje väčšinu plynného materiálu v prvotnom oblaku a jeho planéty sa tvoria hromadením zvyškov. Planéty vznikajú s oveľa, oveľa menšou hmotnosťou ako hviezdy, a preto majú oveľa slabšiu gravitáciu. Ľahšie prvky, ako je vodík a hélium - také bežné vo hviezdach - spravidla unikajú slabšej gravitácii planéty. Planéty majú - v porovnaní s hviezdami - vysokú hodnotukovobsah. Planéty zvyčajne obiehajú okolo hviezd. Odnajnovšia definícia astronómovslova planéta, onivyčistiť svoje obežné dráhytrosiek.

Červenkastý glóbus so širokým tmavým pásom a hviezdami v pozadí.

Samozrejme, naozaj nevieme, ako vyzerajú hnedí trpaslíci. Sú ďaleko a nikdy sme žiadneho nevideli zblízka. Ale tu je výtvarný koncept hnedého trpaslíkaLuhman 16A, vychádza z nedávnych dôkazov o pruhoch podobných Jupiteru na jeho povrchu. Obrázok prostredníctvomCaltech/ R. Hurt (IPAC).

Kde to zanechá hnedých trpaslíkov?

Hnedí trpaslíci hromadia materiál ako hviezda, nie ako planéta. Kondenzujú z plynného mraku - a majú väčšiu hmotnosť ako planéty, a preto majú silnejšiu gravitáciu - a preto držia na svojich ľahších prvkoch (vodík a hélium) účinnejšie ako planéty, a preto majú relatívne nízky obsah kovu. Ich jedinou zlyhávajúcou vlastnosťou je, že nezhromaždili dostatok materiálu na začatie normálnej hviezdnej fúzie. Napriek tomu môžu udržať fúziu deutéria, kým deutérium nezmizne, čo je v skutočnosti nevyhnutné pre tvorbu hviezd s väčšími hmotnosťami, ako bolo vysvetlené vyššie.

Hnedí trpaslícibolo najdeneobiehajúce okolo iných slnkov vo vzdialenosti 1 000 astronomických jednotiek (TO) alebo viac. Jedna AU = jedna vzdialenosť Zem-slnko. Nie všetci hnedí trpaslíci však obiehajú ďaleko od svojich hviezd; niektorí boli nájdení na obežnej dráhe v menších vzdialenostiach a niektorídarebáci hnedí trpaslíciboli spozorovaní, že neobiehajú okolo žiadnej hviezdy, aj keď je ich samozrejme ťažké nájsť!

Na porovnanie, zo známych planét v našej slnečnej sústave je Neptún hlavnou planétou, ktorá obieha najďalej od nášho slnka pri 30 AU.

Hnedí trpaslíci teda nie sú planéty a sú to zlyhané hviezdy, nie sú dostatočne masívne na to, aby poháňali reakcie fúzie vodíka. Získajú tak vlastnú klasifikáciu.

Prečo hnedá?

To, čo teraz nazývamehnedí trpaslíciboli prvýkrát navrhnuté tak, aby existovali v šesťdesiatych rokoch minulého storočia astronómomShiv S. Kumar, ktorý pôvodne tieto objekty nazýval čiernymi trpaslíkmi. Predstavil si ich ako tmavé subhviezdne objekty voľne plávajúce v priestore, ktoré neboli dostatočne masívne na to, aby udržali vodíkovú fúziu. Názovhnedý trpaslíkmeno neskôr vymyslel astronóm a výskumník SETIJill Tarterováv jej Ph.D. dizertačná práca. Chcela definovať hornú hranicu maximálnej hmotnosti, ktorú môže predmet mať pred začatím fúzie vodíka, a tak sa stane plnohodnotnou hviezdou.

Hviezdy zjavne nie sú „hnedé“ a mnoho takýchto predmetov je v teplotnom rozmedzí 300 až 500 Kelvinov (80 až 440 F alebo telesná teplota pre človeka a vyššie), takže vyžarujú iba vinfračervenýčasťelektromagnetické spektrum. Odčierny trpaslíkbol už považovaný za opis predmetov v koncovom bode hviezdnej evolúcie (chladbieli trpaslíci) - ačervený trpaslíkmal tiež splniť úlohu, ako názov pre malé, chladné hviezdy -hnedása to muselo zdať ako vhodný kompromis.

Pohľad na okraj letnej Mliečnej dráhy ako zvislého, bledého fuzzy pásu, v tmavej noci s rozptýlenými hviezdami.

Zobraziť na komunitných fotografiách ForVM. | Nisan Gertz zachytil tento obrázok v kráteri Ramon v Izraeli 16. augusta 2020. Ďakujem, Nisan.

Zrátané a podčiarknuté: Hnedí trpaslíci sú objekty s hmotnosťou, ktorá sa pohybuje medzi najťažšími plynnými planétami a najľahšími hviezdami, čo ich robí dostatočne odlišnými na to, aby sa kvalifikovali pre vlastnú klasifikáciu. Obvykle sú teda definované ako teleso ležiace v rozsahu viac ako 13 a menej ako 80 hmotností Jupitera. Môžu byť nájdené na obežnej dráhe hviezd alebo iných hnedých trpaslíkov alebo môžu cestovať po galaxii úplne samy.