Пять астрономических объектов, обнаруженных космическим телескопом Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), могут помочь нам понять, где проходит граница между звездами и коричневыми карликами.
Подобно Юпитеру и другим газовым гигантам, звезды в основном состоят из водорода и гелия. Однако, в отличие от газовых планет, звезды достаточно массивны, чтобы внутри них происходил ядерный синтез, в результате которого атомы водорода сливались в гелий, высвобождая огромное количество энергии и света.
Коричневые карлики недостаточно массивны, чтобы водород мог синтезировать гелий, и поэтому не могут генерировать столько света и тепла, сколько звезды. Однако это не означает, что они не производят энергию. В синтезе коричневых карликов участвует более тяжелая атомная версия водорода: дейтерий. Процесс с его участием менее эффективен, а свет коричневых карликов гораздо слабее свечения звезд. Вот почему ученые часто называют коричневые карлики «неудавшимися звездами».
Сложность изучения коричневых карликов заключается в том, что их массы находятся где-то между планетарными и звездными. Вопрос о том, где именно заканчиваются коричневые карлики и начинаются звезды, является спорным вопросом, тем более, что коричневые карлики очень похожи на звезды с малой массой. Хуже того, граница между коричневыми карликами и звездами меняется в зависимости от химического состава коричневого карлика, способа его образования и значения его начального радиуса. Так как же узнать, имеем ли мы дело с коричневым карликом или со звездой с очень малой массой?
Для того чтобы лучше понять, что представляют собой эти загадочные объекты, необходимо детально изучить все известные случаи. Однако оказывается, что их очень мало. Хорошо изученных коричневых карликов всего около 30. Это очень мало по сравнению с сотнями хорошо изученных внесолнечных планет.
Последняя работа международной группы под руководством ученых из Женевского университета (UNIGE) и Швейцарского национального центра исследовательских компетенций (NCCR) PlanetS в сотрудничестве с Бернским университетом касается пяти наблюдаемых с помощью телескопа TESS объектов, обладающих массой близко к границе, отделяющей звезды от коричневых карликов.
На приведенном ниже графике показано отношение радиуса к массе для 54 коричневых карликов и звезд с малой массой. Пять объектов, обнаруженных TESS, отмечены красным. Серые вертикальные пунктирные линии при массах Юпитера 13 и 80 показывают примерную границу области, где должны находиться коричневые карлики. Цветными линиями отмечены изохроны, т.е. линии одного возраста, выраженные в миллиардах лет (гига-год, Gyr) для объектов разной массы. Гистограмма над верхней осью показывает частоту появления объектов в выборке.
Объекты TESS — TOI-148, TOI-587, TOI-681, TOI-746 и TOI-1213 вращаются вокруг своих родительских звезд. Они делают это в течение периодов от 5 до 27 дней, имеют радиус от 0,81 до 1,66 радиуса Юпитера и от 77 до 98 раз массивнее Юпитера. Это ставит их на границу между коричневыми карликами и звездами. Это может дать подсказки о природе коричневых карликов, чтобы лучше понять, как образуются коричневые карлики и почему они так редки.
На иллюстрации ниже вы можете видеть фазовые кривые блеска, показывающие транзит TOI-148, наблюдаемый TESS (черные и серые точки) и наземными телескопами Южно-Африканской астрономической обсерватории (SAAO) (синие точки), обсерватория Сайдинг-Спринг. (SSO) в Австралии (зеленые точки) и чилийской обсерватории Эль Соус (фиолетовые точки). Кривая лучевых скоростей TOI-148, полученная при наблюдении на спектроскопе CORALIE, показана на нижнем графике.
Одним из аргументов в пользу того, что эти пять объектов не являются маломассивными звездами, является соотношение между размером и возрастом коричневых карликов. Насколько нам известно, с течением времени, когда запасы дейтера сгорают, коричневые карлики остывают и сжимаются. Изучение наблюдаемых TESS объектов показало, что два самых старых, TOI 148 и 746 6,5 с возрастом 7,7 и 6,5 млрд лет соответственно, имеют меньшие радиусы, чем TOI-587 и TOI-681, которые составляют 0,2 и 0,17 млрд лет. старый соответственно., что подтверждает упомянутую теорию.
Однако это пока лишь косвенные доказательства. Рассматриваемый предел массы для синтеза водорода составляет около 73-97 масс Юпитера и является весьма неопределенным. Объекты, изучаемые командой UNIGE, настолько близки к этому пределу, что нельзя исключать, что они на самом деле являются очень маломассивными звездами. Окончательное определение их статуса потребует дополнительных наблюдений и анализов. Это также означает, что тайны природы коричневых карликов еще ждут своего исследования.
