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.

Красный карлик в представлении художника

Система KOI-256, состоящая из красного и белого карликов. Иллюстрация NASA.

Общие характеристикиПравить

Спектр звезды класса M6V

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.

**Характеристики красных карликов**^[3]
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 ВселеннойПравить

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 11,0^m), как и двадцать из следующих тридцати ближайших звёзд. Однако из-за их низкой яркости они мало изучены.

Проблема первичных красных карликовПравить

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 карликовПравить

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 1741 день]}

ЭкзопланетыПравить

Авторское представление об экзопланете, обращающейся вокруг красного карлика GJ 1214

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 планетПравить

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 карликиПравить

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.

ПримечанияПравить

↑ 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. — Bibcode: 1993ApJ...406..158B.
↑ ¹ ² 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): $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $_{\tau _{\ast }=10^{10}yr\left[{M_{\ast } \over 1M_{\odot }}\right]^{-\alpha }}$ , где для звёзд малой массы берётся значение α ≈ 3 — 4. Если брать значение α = 3, то красный карлик с массой в 0,1 $\text{[math]}$ M_⊙ будет гореть 1⋅10¹³ лет. Если брать значение α = 4 , а массу красного карлика $\text{[math]}$ M_* = 0,0767 $\text{[math]}$ 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. — Bibcode: 2009ApJ...698..519K.
↑ 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. — Bibcode: 2007A&A...462L..61C.
↑ 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! (неопр.) 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 (неопр.). Дата обращения: 1 мая 2017. Архивировано 8 февраля 2017 года.

ЛитератураПравить

Alpert, Mark (Nov. 2005). «Red Star Rising». Scientific American, p. 15.
Neptune-Size Planet Orbiting Common Star Hints at Many More

СсылкиПравить

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. — Bibcode: 1993ApJ...406..158B.
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.

[min_massa1-1] 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. — Bibcode: 1993ApJ...406..158B.

[min_massa2-2] ¹ ² 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): $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ $_{\tau _{\ast }=10^{10}yr\left[{M_{\ast } \over 1M_{\odot }}\right]^{-\alpha }}$ , где для звёзд малой массы берётся значение α ≈ 3 — 4. Если брать значение α = 3, то красный карлик с массой в 0,1 $\text{[math]}$ M_⊙ будет гореть 1⋅10¹³ лет. Если брать значение α = 4 , а массу красного карлика $\text{[math]}$ M_* = 0,0767 $\text{[math]}$ M_⊙, то такой красный карлик горел бы 2,9⋅10¹⁴ лет.)

[apj698_1_519-3] 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. — Bibcode: 2009ApJ...698..519K.

[a&a698_1_519-4] 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. — Bibcode: 2007A&A...462L..61C.

[5] 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

[6] Kepler Has Found the First Earth-Sized Exoplanet in a Habitable Zone! (неопр.) Дата обращения: 18 апреля 2014. Архивировано 18 апреля 2014 года.

[7] Northon, Karen. NASA Telescope Reveals Record-Breaking Exoplanet Discovery (англ.), NASA (22 February 2017). Архивировано 5 марта 2017 года. Дата обращения: 22 февраля 2017.

[8] Магнитное поле Земли не защищает от радиации (неопр.). Дата обращения: 1 мая 2017. Архивировано 8 февраля 2017 года.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]