Наше Солнце массивнее большинства известных звезд. Если быть точнее, то средняя масса звезд в нашей Галактике составляет примерно половину от массы Солнца, и такие звезды называются красными карликами или маломассивными звездами.
Поскольку температура и яркость звезды зависят от ее массы, эти маломассивные звезды более холодные, красные и тусклые (в оптическом диапазоне), чем наше Солнце. Однако в инфракрасном диапазоне, — в котором красные карлики излучают большую часть своего света — они относительно яркие.
Несмотря на то, что красные карлики довольно трудно обнаружить, их изучение крайне важно для современной науки, поскольку на них приходится больше половины всего звездного «населения» Млечного Пути!
Звезды всех размеров формируются примерно одинаково
Гравитация медленно вытягивает газ и пыль из межзвездного облака во вращающийся диск, а из диска — в растущее звездное «семя» или протозвезду. Примечательно, что примерно в половине случаев из одного диска формируются сразу две (иногда более) протозвезды.
Размер звезды зависит от того, сколько материала вобрала в себя протозвезда на раннем этапе развития. Если облако имеет низкую плотность или если из одного диска формируются несколько протозвезд, то в итоге получится маломассивная звезда. А вот диск в облаке с высокой плотностью, питающий одну протозвезду, может стать гигантской звездой-монстром.
По мере формирования протозвезд в их вращающихся дисках зарождаются планеты; гравитация притягивает «строительный материал» к крошечным планетарным семенам (протопланетам), настолько маленьким, что они растут очень, очень медленно, никогда не достигая массы, близкой к массе звезды.
Термоядерный синтез
Если бы Юпитер образовался из звездного семени и эволюционировал в звезду, то Земля, вероятно, была бы непригодной для жизни, потому что крайне трудно найти стабильные планетарные орбиты в двойных звездных системах.
Но почему Юпитер — это просто огромная планета, газовый гигант, а не крошечная звезда? Что делает звезду звездой? Всего два слова: термоядерный синтез.
Термоядерный синтез — это процесс столкновения атомных ядер друг с другом на очень высоких скоростях, в результате чего ядра сливаются вместе и образуют совершенно новый атом. Солнце, как и большинство звезд, сияет, излучает энергию, получаемую в ходе термоядерного синтеза, который протекает в ядре.
Четыре ядра водорода, каждое с одним протоном, объединяются в ядро гелия с двумя протонами и двумя нейтронами. Ядро гелия имеет немного меньшую массу, чем четыре ядра водорода, вместе взятые, и эта разница, исходя из знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc^2 преобразуется в энергию. Отдельная реакция синтеза выделяет совсем немного энергии, но каждую секунду происходит огромное количество реакций, генерирующих все тепло и свет, которые мы получаем от Солнца.
Процесс термоядерного синтеза требует, чтобы давление было больше 2×10^16 Па. В ядре звезды присутствует столь гигантское давление, потому что огромная масса внешних оболочек давит на него. Для запуска термоядерного синтеза объект должен быть примерно в 80 раз массивнее Юпитера (в объектах с массой в 80 раз больше массы Юпитера начинается термоядерный синтез, а в объектах меньшей массы — нет).
Коричневые карлики
Коричневые карлики — это странные объекты, которые не являются ни планетами, ни звездами. Коричневые карлики не формируются подобно протопланетам во вращающихся дисках вокруг протозвезд, а появляются сами по себе, как семена звезд. Однако они не получают достаточно материала, чтобы начать термоядерный синтез; вместо этого они медленно сжимаются, остывают и светятся в инфракрасном диапазоне от высвобождения гравитационной энергии как Юпитер. В конце концов, эти блуждающие объекты (у них нет родительской звезды и они хаотично «плавают» по Вселенной) просто исчезают.
Некоторые ученые рассматривают коричневые карлики как неудавшиеся звезды.
Хотя коричневые карлики никогда по-настоящему не становятся звездами, некоторые из них могут короткий промежуток времени «притворяться» светилом.
Как было сказано выше, для начала термоядерного синтеза объектам нужно быть в 80 раз массивнее Юпитера. Однако, если коричневый карлик имеет массу хотя бы в 13 раз больше массы Юпитера, он может запустить ограниченную форму термоядерного синтеза. Такие коричневые карлики превращают тяжелый изотоп водорода, называемый дейтерием, в гелий, высвобождая энергию как звезды. Ядерный синтез прекратится, как только коричневый карлик израсходует все свои скудные запасы дейтерия. С завершением синтеза коричневый карлик начинается сжиматься, остывать и слабо светиться.
Независимо от того, реализуется ли термоядерный синтез или нет, коричневые карлики очень тусклые, даже в инфракрасном диапазоне. Большие коричневые карлики ярче Юпитера, но все же намного тусклее даже самые маленьких и холодных звезд. Только наблюдая обширные участки неба в инфракрасном диапазоне, предпочтительно с помощью космических телескопов, мы можем найти коричневые карлики.
Начиная с проекта обзора неба 2MASS в 1997 году и заканчивая миссиями NASA «Спитцер» и WISE, астрономы Центра обработки и анализа инфракрасного излучения (IPAC) при Калифорнийском технологическом институте были в авангарде открытия и изучения коричневых карликов. Их последние оценки на основе данных WISE указывают на то, что в Млечном Пути на каждые шесть звезд приходится один коричневый карлик.
