Испано-мексиканская группа астрономов обнаружила литий в старейшем и самом холодном из известных коричневых карликов. Это объект под названием Reid 1B, в котором сохранились самые ранние известные ресурсы лития в нашем космическом соседстве — еще до появления бинарной системы, которой он принадлежит .
Коричневых карликов называют «карликами кофейного цвета» или «неудавшимися звездами». Они являются естественным связующим звеном между звездами и планетами. Они более массивны, чем Юпитер, но недостаточно массивны, чтобы зажечь водород в своих центральных областях, который является естественным источником энергии для сияющих звезд. По этой причине эти объекты не наблюдались до середины 1990-х гг. Они представляют особый интерес, поскольку считается, что некоторые из них могли сохранить неповрежденный литий, который иногда называют «белым топливом» из-за его редкости и важности.
Теория эволюции коричневых карликов предсказывает, что между литием и коричневыми карликами, не содержащими лития, существует четкая граница масс. Он близок к другому пределу — массе, которая отделяет звезды от этих «подзвездных» объектов. Согласно последним теоретическим моделям от 2015 года, эта вторая предельная масса (звезда/коричневый карлик) составляет ~78,5 массы Юпитера.
Поскольку литий разрушается ("сгорает") при столкновениях с протонами при температуре около 2 млн К (температура несколько ниже, чем требуется для синтеза водорода!), существует минимальная масса, выше которой литий "сгорает" в результате вышеупомянутый. термоядерные реакции. Предполагается, что этот минимальный теоретический предел массы (коричневый карлик с литием или без него) составляет ~ 63 массы Юпитера.
Объекты с эффективной температурой менее ~ 2700 К (спектральный класс М7 и выше) со спектральными линиями лития Li I λ6708Å в оптическом диапазоне считаются надежными и «сертифицированными» коричневыми карликами с массами менее 63 масс Юпитера.
За последние 20 лет астрономы обнаружили в окрестностях Солнца и отследили орбитальное движение многих двойных систем с коричневыми карликами. Они определили динамические массы коричневых карликов с помощью законов Кеплера — математических уравнений, полученных в 17 веке Иоганном Кеплером, описывающих движения небесных тел, таких как система Земля-Солнце, под действием взаимного притяжения. Было обнаружено, что в некоторых из этих бинарных систем первичный компонент имеет достаточную массу для сжигания лития, тогда как вторичный компонент может не иметь достаточной массы.
До сих пор теоретические модели коричневых карликов не проверялись. Но это стало возможным благодаря регистрации в период февраль-август 2021 года высококачественных спектров двух двойных систем коричневых карликов с помощью спектрографа OSIRIS, сотрудничающего с крупнейшим в настоящее время телескопом в мире GTC (сокращение от Gran Telescopio Canarias), который наблюдает оптический и инфракрасный. Этот телескоп с диаметром главного зеркала 10,4 метра расположен на канарском острове Ла-Пальма в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос. Наблюдения проводились группой астрономов из IAC (сокращение от Instituto de Astrofísica de Canarias) и INAOE (сокращение от Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electrónica).
Астрономы не обнаружили литий в спектрах трех коричневых карликов, но обнаружили его в коричневом карлике по имени Рейд 1В, который является самым слабым и самым холодным объектом из четырех изученных — температура поверхности всего ~ 1210 К. Он был разрушен в результате. ядерных реакций. Происхождение этого элемента соответствует эпохе двойной системы, к которой принадлежит Рейд 1В. На самом деле это самый холодный и самый слабый объект за пределами Солнечной системы, содержащий в ~ 13 000 раз больше лития, чем на Земле. Reid 1B был создан около 1,1 миллиарда лет назад и в настоящее время находится на расстоянии около 16,9 световых лет. Его динамическая масса в ~41 раз больше, чем у самой большой планеты нашей Солнечной системы, т.е. Юпитера.
Сундук со спрятанным сокровищем
Спектроскопические наблюдения линий лития у коричневых карликов позволяют с точностью оценить их массы на основе термоядерных реакций. Определенные таким образом термоядерные массы должны согласовываться с определенными динамическими массами (последние определения массы менее точны). Однако исследователи обнаружили, что литий сохраняется при динамической массе на 10% меньше, чем предсказывают последние теоретические модели. Это несоответствие кажется значительным и предполагает, что есть что-то важное, чего мы до сих пор не понимаем в теории коричневых карликов.
Мы изучаем следы лития в коричневых карликах в течение трех десятилетий , сказал ведущий автор Эдуардо Лоренцо Мартин Герреро де Эскаланте (CSIS), и, наконец, мы можем точно определить границу массы между его поведением и разрушением и сравнить ее с теоретическими предсказаниями. Астроном добавил, что в Млечном Пути есть тысячи миллионов коричневых карликов. Литий, содержащийся в коричневых карликах, является крупнейшим известным ресурсом этого ценного элемента в нашем космическом соседстве.
Карлос дель Бурго Диас (соавтор публикации INAOE) сказал, что хотя первоначальный литий образовался 13,8 миллиарда лет назад вместе с водородом и гелием в результате ядерных реакций в первичном огненном шаре во время Большого взрыва, больше во Вселенной. Хотя этот элемент можно уничтожить, он также может образоваться во время сильных явлений, таких как новые и сверхновые звезды, чтобы коричневые карлики, такие как Рейд 1B, поглотили его и защитили, как если бы это был спрятанный сундук с сокровищами.
Динамические массы двойных систем определяются на основе орбитальных движений компонентов с использованием законов Кеплера. Эти массы определены очень точно и должны хорошо согласовываться с термоядерными массами, оцененными по ядерным реакциям внутри коричневых карликов. Однако, когда мы сравниваем динамические массы с термоядерными массами, равновесие нарушается, как на рисунке выше — значит, мы еще не до конца понимаем свойства этих «подзвездных» объектов.