天文学

太阳和木星之间的世界

令人着迷,棕色的矮人和低质量恒星是近的。他们的慢速进化使得可以测试物理机制。

Isabelle Baraffe和Gilles Chabrier Scient for Science N°30
本文保留用于科学用户

像太阳一样的星星导致氢云的崩溃。在崩溃期间,中央温度增加直至达到氢气燃烧温度。由该燃烧释放的巨大能量产生的压力抵抗重力压力:停止收缩,恒星的能源变成核。该恒星随后通过不同的大核聚变阶段根据其质量开始其节奏生命周期。

恰好收缩的云的质量不足以使温度达到氢气点火的熔化反应的熔化反应所需的三百万度。没有任何东西反对云的引力收缩,其密度连续增加。电子用核心撕裂,更接近并变得堕落。然后将量子力学进入游戏并教导我们,在这些条件下,退化的颗粒不能被压缩,其压力可以平衡重力收缩。这些物体,密集和冷,被命名为棕色矮人。

棕色矮人的存在,虽然在1963年由Shiv Kumar预测到1963年,但只是在1995年之后才能展示(参见该文件中的G. Basri的棕色矮人发现)。这些物体是缺失的恒星(约0.1太阳能质量)和最巨大的气体行星之间的缺失链接(约千分之一太阳能质量)。

虽然辉煌,但这些低质量的明星是一个重要的家庭,因为它们在银河系中非常众多。此外,他们已被证明是用于测试复杂物理机制的奇妙实验室。这些非常紧凑的物体中统治的压力很大,但物理学家在实验室中已经设法再现了类似的条件。由于这项工作,天体物理学家更好地了解这些物体的行为和演化,并分析了温度降低时干预其气氛中的不同机制。

在实验室的黑发矮人

在恒星的内部作为我们的阳光,对于离子的相互作用的能量,温度非常高,在其动能前方可以忽略不计。在这些恒星中,通过完美气体的规律正确地描述了所谓的状态等式的压力,温度,密度和能量之间的链接,众所周知。另一方面,在非常小的群众和黑发小矮人的星星中,情况很复杂。它们的内部温度比太阳的内部温度低10至100倍,对于类似的中央密度,颗粒相互作用能量变得可比或甚至更高,以其动能。然后,状态等式的计算需要非常完整地描述分子,原子,离子和电子之间的相互作用,这难以通过该理论建立。如何访问这些特殊条件?通过在实验室中再现它们。

1998年,通过冲击波经验压缩气体,加上强大的激光,吉尔伯特柯林斯团队,Livermore实验室,在实验室中转载了棕色矮人的物理条件。氘分子(D2)的气体,具有热力学性质的氢的同位素,因此被压缩至数百万气氛,压力类似于棕色矮种内部的统治。这种显着的经验证实了在氢分子通过质子和电子中的压力解离和电离的饮食中使用这些物体的当前建模中使用的状态方程的理论预测。

在诸如太阳的物体的情况下,热力学性质遵守完美气体定律,半径与质量简单地成比例。对于白矮星,物体是如此密集,即其平衡性能由完全退化的电子气体决定,在这种情况下,星形的体积与地面成反比:加上物体是大量的,其半径越较低(在此文件夹中查看WérardVauclair和Gilles Chabrier的White Dwarfs)。

比星星更冷,但比白矮星更少,棕色矮人处于中间情况。电子仅部分退化,并且它们对压力的贡献与由离子之间的相互作用相当,这以常规方式进行。最后,棕色矮星的半径几乎与质量无关。在同一岁月,五十亿年,最巨大的黑发矮人和木星之间的差异,重沉重100倍,只有15%。

对于类似于太阳的星形,亮度取决于从频谱中确定的有效温度,并且仅在具有Eclipse的二进制星中测量的半径。这种关系是星的结构,因此必须计算它以确定亮度。对于棕色矮人来说,这种困难消失了:由于它们的半径实际上是恒定的,所以可以从温度直接获得亮度。因此,由胶胶229b观察到的谱的估计温度与比太阳的亮度低约一百万次,或者比最小的恒星的辉煌更少100倍。认为观察到的物体是棕色矮人的确认。

然而,这第一次确定是近似的,因为黑发矮人的半径从年龄的两个因素变化,在年轻的黑发矮人之间,几十个或数亿年之间,以及五十亿年的黑发矮人。

气氛和热结构

低质量恒星和棕色矮人的气氛,即内部的外层,是存储在内部的能量,是许多化学反应的座椅。由于低温,小于5,000个开尔林(0°C对应于273个kelvins),颗粒之间的碰撞不足以将电子从其核撕裂。原子本身的动能也差不等于分子的解离的能量,从氢分子的开始。换句话说,这些恒星的气氛含有数十种分子物种,例如氧化钛(TiO),水蒸气(H2O),碳氧化物(CO)。

许多其他分子在这些物体的气氛中是稳定的。但是这些分子的不同能量水平之间的数百万可能的过渡是吸收辐射的所有陷阱。我们远离由简单的黑身体法描述的能量分布,“热”恒星的特征,在温度下是一个简单的光谱。如何表征低质量恒星和棕色矮人辐射的能量分布?通过计算材料的相互作用和由于所有这些分子转变引起的辐射。

除了这种分子线的森林之外,这些物体的大气中的高密度在分子之间产生的碰撞量。然后,由“超分子”瞬时形成,其寿命足以产生新的吸收射线。因此,这些额外的吸收来源改变了天体物理学家具有这些物体的排放范围的视觉。例如,碰撞将分子H 2转换成偶极子,该偶极子地阻挡约2.2微米的所有辐射,在近红外(在正常条件下,对称的H2不是倍数)。因此,通过理论推理,天体物理学家计算出非常低质量和棕色矮人的恒星没有发出五个和十微米之间的大部分辐射,就像它是黑色的身体,而是在较低波长下。

大气的低温需要新的解释。在低于2,000个开塞尔林斯的温度下,大气分子在较大的实体中聚集在一起,名为“谷物”,“尘埃”或“尘埃”或“云”,由Plantologi派教家。因为它确实是云,就像在行星大气中发现的那些。例如,钛原子被捕获在钙钛矿分子(例如CATIO3)中,并以分离的原子的形式从大气中消失。

谷物的形成对低质量恒星和棕色矮人具有两种主要后果,其表面温度接近2,000个开尔尔林。它们的光谱通过大气中的元素的新分布来修改。另外,这些云的晶粒尺寸为0.1微米的云,在该波长处吸收辐射,这防止了内能量的流动逸出。这种温室效果,类似于我们星球上存在的那个,温暖这些星星的气氛。

在可见的状态下被阻挡,恒星的能量流动在红外线中逸出,更容易易于因为大气的变暖,红外线中的吸收分子被破坏。出于这些原因,低质量恒星和最巨大的棕色矮人必须看起来非常红色。这些名为“矮人L”的第一个冷却物品,于1997年被Xavier Delfosse从格勒诺布尔的天文台和丹尼斯项目的同事发现。

在低于1,400个开塞尔蛋白的温度下,这些大气的特征压力,主要稳定的碳形式不再是碳氧化物(CO),但甲烷(CH 4)以及观察到的。在木星表面。然而,甲烷分子吸收波长在1.5-2.5微米(在近红外)之间的辐射。然后,恒星的能量将逸出到下波长,并且更容易作为吸收到可见的颗粒在物体的气氛中更深地形成,在Photosphere下。因此,随着黑发矮小的冷却,辐射能量在红外线中出现。

缓慢的演变

低质量恒星的寿命缓慢而单调。经过几十万年的初始收缩阶段,恒星大于0.075的太阳能重量达到氢气燃烧温度。它们的结构在数十亿年中冻结并发展,内部性质(温度和中央密度)和相同的表面外观(辐射光和表面温度)。它需要高达10000亿年,目前宇宙的年龄1000亿倍,在最少的明星中,它耗尽了它的氢气水库!这些恒星小辉煌,在阳光下的精细光亮亮度10,000倍。

黑发矮人,其温度不足以触发核反应,慢慢收缩:它们辐射他们的引力和热能并冷却“永久”。经过一亿年,他们的亮度已经比太阳的亮度低1000倍。经过十亿年后,它们比最小的明星更辉煌。

如果棕色矮星中心的温度从未达到氢气的温度,其中一些则达到足够的中央温度以破坏氘和锂:这两个光元素的熔化温度小于主要熔化反应的点火的临界温度氢。然而,由氘和锂合并释放的能量仍然不足以停止对象的收缩:这种融合不会归咎于棕色矮人的演变。

棕色矮人的内部永久酝酿着对流运动。这些运动如此之快地,它们完全均匀化物体的化学成分在大约一年内,与这些物体的确切时间相比,眨眼。因此,在黑发小矮液的表面上测量的元件元素反映了中心的组成和间接的中心温度。进化模型预测,对于在表面上观察到的亮度和氘或锂含量,可以仅弥漫或年龄的域(尚未在低质量对象的表面上检测到氘)。例如,如果观察到仍然具有氘的给定亮度对象,则可以预测其最大年龄和最大质量。

要了解一颗星的年龄,天体物理学家比较辐射的温度和流动,推断观察,对演化的模型。对于普通恒星,若干可能的质量和年龄组合再现观察到的性质。低质量恒星不受这种不确定性的影响,因为有害氢的熔化温度,它们的性质不再进化。模型和观察之间的对抗允许测试,比一个与普通恒星一起做得好,微妙在这些星星中实施。

对机械结构和状态方程的优异测试,其描述了气体热力学性质,来自特定的系统,Eclipse二进制文件。这些是围绕另一个旋转的两星系,其取向朝向地球的方向使得我们可以看到当系统的一个成员在其同伴和我们之间传递时发生的eClipses。然后,开普勒的定律使具有高精度的物体的质量,并对Eclipses进行分析,可以访问这些物体的精确半径。

在少数已知的系统中,CM Draconis位于45光年,由两个0.207和0.237太阳能质量的低质量恒星和0.235和0.252太阳光线组成。这些物体相对较大,模型可以直接面临观察结果:它们在两颗恒星的光线附近的近五个百分点繁殖,这加强了用于描述这些物体的内部结构的状态等式的有效性。

使用哈勃空间望远镜的球状簇的观察提供了该理论的另一种确认。球形集群是我们在其成因期间形成的银河系的恒星,他们在它的成因期间形成。在这些簇中,低地恒星非常众多,并在赫兹斯普隆 - 罗素图中在赫兹普隆 - 罗素图中的明确序列中冻结,显示其亮度根据其表面温度。同样,理论上的预测在这种类型的图中完全再现了这些恒星的位置,尤其是观察到的斜率变化,因此可以在恒星的内在特性方面解释(见图3)。

这些球簇间群也可以含棕色矮人吗?天体物理学家在世界上最好的望远镜的帮助下跟踪他们,但他们不容易看到,因为这些集群是如此古老,所有棕色矮人现在都很冷,灿烂。它们的亮度如此之低,它们低于当前望远镜的检测阈值,痛苦地检测较少的辉煌恒星。

矮人还是星球?

存在棕色矮人,仍然存在神秘。虽然人们尚未确定他们的数量尚未确定,但第一个估计表明,布朗矮人在我们的星系中也是众多的星星。比后者要大得多,它们不代表超过银河系的百分之十。

通过定义,星体和行星之间的中介机构,他们对我们对恒星物体(明星和矮人Brunettes)的培训和行星培训的理解提出了基本问题。有几个问题仍然被问到。 Brunelld矮人的最低质量训练是多少?通过推论,一个星球的最大训练质量是多少?

有时认为由重力塌陷和分子云的破碎物引起的恒星物体的最小质量是氘的最小燃烧的最小燃烧。最近的发现,由Rafael Rebolo Team在特内里费观测台低于质量限制的特内里费天文台的发现表明,氘的燃烧不是所需的机制:性质生产矮人的黑发比这个限制更小。

基于对太阳系的检查,天体物理学家认为,行星通过小颗粒碰撞在我们的新生太阳周围的尘埃盘中形成。这些天螺母由岩石和冰组成的岩石和冰大约一些陆地群众,将形成我们气态行星的坚实心脏,木星,土星,海王星和天王星。在气态行星中,如果它们的中心包含这种芯,则解释由于旋转引起的扁平化。因此,行星和黑发矮人之间的差异将存在于这种“重”心脏的存在下,原子层盘的残留物。

不幸的是,在行星中核实存在巨大心脏的存在需要精确的衡量其质量分布的衡量标准。对于木星和土星,分析了伪装和旅行探头的轨迹,而他们传递到这些行星的大气中,允许这种措施。我们远远无法与棕色矮人或郊区行星一起做同样的事情。因此,行星和棕色矮人之间的差异仍然是纯粹的语义,通过观察的区别是遥不可及的。每个人都以其最喜欢的定义。此外,如果木星在空间中孤立,我们几乎无法确定它是否是一个星球或黑发矮人!

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