12 лет тщательных наблюдений за двойной системой в туманности Ориона впервые позволили астрономам выполнить прямые измерения массы коричневых карликов.
Массы коричневых карликов лежат в диапазоне от 13 до 75 масс Юпитера
Принято считать, что массы коричневых карликов лежат в диапазоне от 13 до 75 масс Юпитера или от 1,3 до 7,2% массы Солнца. Эти условные границы установлены из теоретических соображений. Численные модели внутреннего строения звезд показывают, что при массе менее 7% солнечной в сжимающемся газовом шаре не достигаются значения температуры и плотности, необходимые для запуска термоядерных реакций. Этим определяется верхняя граница масс коричневых карликов. Нижняя граница более условна. По-видимому, объекты с массой 1% массы Солнца и меньше не могут образоваться самостоятельно при коллапсе межзвездных газопылевых облаков. Такие маленькие объекты формируются только в протопланетных дисках, обращающихся вокруг более массивных звезд. А это приводит к заметным отличиям от звезд в химическом составе и строении, что характерно для планет.
Однако все это – пусть и довольно уверенные, но все же чисто теоретические выводы. До последнего времени в распоряжении астрономов не было ни одного достоверного определения массы коричневого карлика. В астрономии масса – самый важный параметр для любого объекта, однако надежно измерить ее часто оказывается очень трудно, поскольку свойства испускаемого объектом излучения не связаны напрямую с его массой.
Непосредственно масса проявляется только в гравитационном притяжении, действующем на окружающие объекты. Поэтому для определения массы необходимо, чтобы интересующий нас объект входил в состав двойной системы. Обращаясь вокруг общего центра масс, объекты будут то приближаться к наблюдателю, то удаляться от него. Это позволяет по эффекту Доплера определить период обращения и соотношение масс компонентов системы.
Однако для получения абсолютных значений массы объектов этого недостаточно. Нужно еще точно знать, под каким углом к лучу зрения наклонена плоскость орбиты двойной системы. В большинстве случаев определить этот угол невозможно, но есть одно ценное исключение. Если орбита повернута к нам почти в точности ребром, то время от времени мы будем наблюдать в двойной системе затмения, при которых одна звезда заслоняет другую и общий видимый блеск системы на некоторое время уменьшается. Про такую подмигивающую затменно-переменную двойную систему с хорошей точностью можно утверждать, что плоскость ее орбиты сориентирована по лучу зрения.
12 лет назад группе американских астрономов из университета Вандербилта и Института космического телескопа (STScI) посчастливилось найти в Туманности Ориона – одной из ближайших к нам зон активного звездообразования, удаленной примерно на 500 парсек – пару коричневых карликов, образующих как раз такую затменно-переменную систему. С тех пор в Национальной обсерватории Китт-Пик (Kitt Peak National Observatory), Американской военно-морской обсерватории (U.S. Naval Observatory), а также в обсерваториях Сьерра Тололо (Cerro Tololo Inter-American Observatory) и Джемини Юг (Gemini South) в Чили за этой системой велось регулярное наблюдение.
Всего было выполнено 1600 наблюдений в течение 300 ночей, сообщается в пресс-релизе университета Висконсин-Мэдиссон, где работает один из авторов исследования. Это позволило с высокой точностью определить параметры орбит в двойной системе, а уже по ним – массы двух компонентов системы. Они составили 5,4 и 3,4% от массы Солнца (57 и 36 масс Юпитера). По кривым блеска во время затмений удалось также определить линейные размеры коричневых карликов. Радиус более массивного объекта оказался в 6 раз больше радиуса Юпитера, а второго – в 4,6 раза больше. Это составляет соответственно 67 и 51% от радиуса Солнца. Таким образом, несмотря на малую массу коричневые карлики все же больше похожи на звезды, чем на планеты.
Прямое измерение масс и размеров коричневых карликов имеет большое значения для построения их теоретических моделей. Но еще важнее то, что теперь появляется возможность уточнить физические параметры других коричневых карликов, связав характеристики их наблюдаемого излучения с массами и размерами объектов.
Правда, последняя задача осложняется одним совершенно неожиданным результатом нового исследования. Оказалось, что у менее массивного коричневого карлика поверхность горячее, чем у более массивного. Такого не предсказывает ни одна из теоретических моделей. Для звезд (главной последовательности) тоже соблюдается правило: чем массивнее, тем горячее. Неясно, почему оно нарушается в случае коричневых карликов. Теоретики пока не хотят признавать, что это проявление какой-то неизвестной закономерности и склонны искать объяснение в особенностях данной конкретной пары коричневых карликов.