Красный карлик

Красный карлик в представлении художника

Кра́сный ка́рлик — согласно диаграмме Герцшпрунга — Рассела, маленькая и относительно холодная звезда главной последовательности, имеющая спектральный класс М или верхний К.

Общие характеристики

Спектр звезды класса M6V

Красные карлики довольно сильно отличаются от других звёзд. Диаметр и масса красных карликов не превышает трети солнечной (нижний предел массы — 0,0767^[1][2] солнечной, за этим идут коричневые карлики). Температура поверхности красного карлика достигает 3500 К, что сравнимо с температурой 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 Солнца. Из-за низкой скорости 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 красных карликах 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. Кроме того, тот факт, что на данный момент не найдено ни одного красного карлика вне главной последовательности, свидетельствует о том, что Вселенная имеет конечный возраст.

Спектральный класс	Радиус	Масса	Светимость	Температура
	R/R☉	M/M☉	L/L☉	K
O2	16	158	2 000 000	54 000
O5	14	58	800 000	46 000
B0	5,7	16	16 000	29 000
B5	3,7	5,4	750	15 200
A0	2,3	2,6	63	9600
A5	1,8	1,9	24	8700
F0	1,5	1,6	9,0	7200
F5	1,2	1,35	4,0	6400
G0	1,05	1,08	1,45	6000
G2	1,0	1,0	1,0	5700
G5	0,98	0,95	0,70	5500
K0	0,89	0,83	0,36	5150
K5	0,75	0,62	0,18	4450
M0	0,64	0,47	0,075	3850
M5	0,36	0,25	0,013	3200
M8	0,15	0,10	0,0008	2500
M9.5	0,10	0,08	0,0001	1900

Красные карлики во вселенной

Красные карлики — самые распространённые объекты звёздного типа во Вселенной. Проксима Центавра, ближайшая звезда к Солнцу — 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 карликов

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011.

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 о том, что первые звёзды были очень массивными и вскоре погибли, выбросив большое количество металлов, необходимых для формирования лёгких звёзд.

Жизнь на планетах у красных карликов

Основная статья: Жизнепригодность системы красного карлика

Термоядерные реакции красных карликов «экономны» — нуклеосинтез в недрах этих звёзд проходит медленно (это связано с массой звезды, её размерами и т. д.). Поэтому жизненный цикл красных карликов в сотни раз длиннее, чем у звёзд таких как Солнце. 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 недолговечных звёзд, как Солнце. Это связано с тем, что для развития высокоорганизованной жизни требуются миллиарды лет эволюции.

Экзопланеты

Газовый гигант, обращающийся по орбите вокруг красного карлика (в представлении художника)

В 2005 году были обнаружены экзопланеты, вращающиеся вокруг красных карликов. По размеру одна из них сопоставима с Нептуном (около 17 масс Земли). Эта планета вращается на расстоянии всего в 6 миллионов километров от звезды, и поэтому должна иметь температуру поверхности около 150 °C, несмотря на низкую светимость звезды. В 2006 году была обнаружена планета земного типа. Она вращается вокруг красного карлика на расстоянии в 390 миллионов километров 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.

Проблемы, связанные с климатом планет

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 орбитальным резонансом. 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. Это, в свою очередь, может вызвать сильные ветры в атмосфере планеты.

Красные карлики во много крат активнее Солнца. Очень мощные вспышки могут быть губительными для возможной жизни на планете. Но магнитное поле планеты могло бы решить эту проблему — оно было бы барьером для радиации (как у Земли).

Вывод

Если мы ищем благоприятные для жизни планеты, то они должны обладать магнитным полем, способным препятствововать смертоносному излучению. Планета должна иметь атмосферу с температурой и давлением способными содержать воду в жидком состоянии. Орбита планеты должна быть близка к круговой (орбитальный эксцентриситет как можно более близкий к нулю), чтобы температура поверхности была в течение года-дня более-менее постоянной.

Типичные красные карлики

• Проксима Центавра — (M5.5 Ve) — расстояние 1,31 пс; светимость — 0,000 072 солнечной;
• Звезда Барнарда — (M5V) — расстояние 1,83 пс; светимость — 0,000 450 солнечной;
• Вольф 359 — (dM6e) — расстояние 2,34 пс; светимость — 0,000 016 солнечной;
• Росс 154 — (dM4e) — расстояние 2,93 пс; светимость — 0,000 380 солнечной;
• Росс 248 — (dM6e) — расстояние 3,16 пс; светимость — 0,000 110 солнечной;
• Росс 128 — (dM5) — расстояние 3,34 пс; светимость — 0,000 080 солнечной;
• Глизе 581 — (M3V) — расстояние 6,27 пс; светимость — 0,013 солнечной.

См. также

• Чёрный карлик
• Белый карлик
• Коричневый карлик
• Жёлтый карлик
• Тёмная материя
• Субкоричневый карлик
• Диаграмма Герцшпрунга — Рассела

Примечания

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. — 1993. — Т. 406. — № 1. — С. 158-171. — ISSN 0004-637X. — DOI:10.1086/172427 — Bibcode: 1993ApJ...406..158B
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): $_{\tau_\ast = 10^{10} yr \left [ {M_\ast\over 1M_\odot} \right ]^{-\alpha}}$, где для звёзд малой массы берётся значение α ≈ 3 — 4. Если брать значение α = 3, то красный карлик с массой в 0,1 M_☉ будет гореть 1·10¹³ лет. Если брать значение α = 4 , а массу красного карлика M_* = 0,0767 M_☉, то такой красный карлик горел бы 2,9·10¹⁴ лет.)

Литература

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

Ссылки

• http://www.aavso.org/vstar/vsots/fall03.shtml
• Stellar Flares — D. Montes, UCM.
• Red Dwarfs