Источником энергии коричневых карликов может оказаться холодный термояд

Коричневые карлики CFBDS J1458+10B и наш герой, еще более холодный WD-0806-661B, могут оказаться представителями давно предсказанного, но до сих пор не открытого класса объектов, промежуточного между звездами и планетами. Изображение из статьи Cold Almost-Stars May Herald Hordes of Unseen Lurkers // Science. 18 March 2011. V. 331. P. 1377

Американские астрономы обнаружили весьма необычный космический объект. Он входит в состав двойной звездной системы, имея в качестве партнера белый карлик WD-0806-661, удаленный от Земли на 63 световых года. Дистанция между телами составляет 2 500 астрономических единиц и, следовательно, на порядок превосходит размеры Солнечной системы. Предполагаемая масса второго члена пары — WD-0806-661B — составляет всего 7 масс Юпитера, а температура его атмосферы не превышает 300 кельвинов (около 30 градусов Цельсия). Авторы статьи, появившейся 20 марта в The Astrophysical Journal Letters, в качестве основной версии относят этот объект к коричневым карликам. А недавно появилась теория, которая значительно повышает шансы WD-0806-661B принадлежать к этому классу «несостоявшихся звезд».

Кевин Луман и его коллеги воздерживаются от точной классификации новооткрытого объекта. Они отмечают, что звезда-предшественница белого карлика WD-0806-661 в юности (где-то полтора миллиарда лет назад) вдвое превосходила Солнце по массе. Поэтому она вполне могла родиться в окружении газо-пылевого диска, который и дал начало гигантской газовой планете массой в семь Юпитеров. Правда, эта планета не могла возникнуть на столь гигантском расстоянии от звезды, однако она была в состоянии мигрировать на орбиту куда большего радиуса по сравнению с первоначальным.

Однако авторы статьи рассматривают и другую возможность, которую они считают куда более интересной. По их мнению, WD-0806-661B может быть не планетой, а несостоявшейся звездой из семейства коричневых карликов, возникшей одновременно со своим партнером WD-0806-661, нынешним белым карликом. Именно эта версия отражена в заголовке статьи.

Эта альтернатива вызвала любопытную дискуссию в астрономическом сообществе. Дело в том, что коричневыми карликами принято считать звезды, которые в силу малости своей массы не способны стабильно поддерживать реакцию термоядерного горения основного изотопа водорода. Правда, в их недрах может зажигаться дейтерий, однако его запасов хватает ненадолго. Как показывают вычисления, верхний предел масс коричневых карликов составляет 75, а нижний — 13 масс Юпитера. Газовые сгустки с меньшими массами при нормальном гравитационном коллапсе не достигают даже температуры поджога дейтерия. Поэтому они не могут получать энергию от каких-либо термоядерных реакций и, таким образом, не имеют права называться звездами. А объект WD-0806-661B вообще тянет всего на семь юпитерианских масс, что почти вдвое меньше нижней границы масс коричневых карликов. Откуда же он черпает энергию?

Только что в астрономической блогосфере появилась гипотеза, объясняющая эту загадку. Ее выдвинули профессор физики университета Северного Мэриленда (Northern Maryland University) Джеймс Фулхарди (James Foolhardy) и астроном из того же университета Роберт А. Симплтон (Robert A. Simpleton). Они апеллируют к работе, которая 8 марта 2002 года появилась в журнале Science и сразу же вызвала ожесточенные споры в научной среде. Ее авторы утверждали, что им удалось осуществить реакцию термоядерного синтеза на несложной установке, построенной в Окриджской национальной лаборатории. Давно известно, что под воздействием ультразвука в жидкости образуются мельчайшие пузырьки, которые мгновенно схлопываются, сильно разогреваются и испускают очень короткие световые вспышки. Этот физический эффект называется сонолюминесценцией. Инженер-ядерщик Рузи Талеярхан и его коллеги решили использовать его для запуска термоядерной реакции. Они пропускали ультразвук через цилиндрический сосуд с охлажденным жидким ацетоном, в молекулах которого водород был заменен на его тяжелый изотоп — дейтерий. Формула обычного ацетона C₃H₆O, следовательно его «тяжелый» аналог — это C₃D₆O. Новизна эксперимента заключалась в том, что контейнер с ацетоном обрабатывали пучками быстрых нейтронов. В статье Талеярхана и соавторов утверждалось, что в облученной жидкости возникло вторичное нейтронное излучение, а также появилось некоторое количество ядер трития, сверхтяжелого нестабильного изотопа водорода.

Такой результат в принципе можно объяснить тем, что пары внутри пузырьков нагрелись примерно до десяти миллионов градусов. При подобной температуре возможен термоядерный синтез трития из ядер дейтерия, причем этот процесс как раз и должен сопровождаться испусканием нейтронов. Физики из Ок-Риджа именно так и истолковали свои результаты. Однако их работа подверглась весьма жесткой критике и сочтена, мягко говоря, неубедительной.

Теперь эту идею возродили Фулхарди и Симплтон — уже на космическом уровне. Они считают, что при гравитационном коллапсе межзвездного газа с содержанием дейтерия выше среднего уровня при определенных условиях могут возникать самофокусирующиеся ударные волны, вызывающие в зонах схождения волновых фронтов резкий локальный нагрев среды. Ссылаясь на свои (неопубликованные) расчеты, они утверждают, что этот механизм может обеспечить в недрах объекта, подобного WD-0806-661B, нагрев газа до 600–700 тысяч кельвинов, что уже достаточно для термоядерного поджога дейтерия. Если это объяснение справедливо, то WD-0806-661B вполне может считаться полноправным коричневым карликом, несмотря на малую массу.

Источник: K. L. Luhman, A. J. Burgasser, J. J. Bochanski. Discovery Of A Candidate For The Coolest Known Brown Dwarf // The Astrophysical Journal Letters. 2011. V. 730.

См. также:
R. P. Taleyarkhan, C. D. West, J. S. Cho, R. T. Lahey Jr., R. I. Nigmatulin, R. C. Block. Evidence for Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation // Science. 2002. V. 295. P. 1868–1873.

Алексей Левин