Pochmurno z możliwością

opadu żelaza…

Pogodana brązowych karłach (BK)

Co to są brązowe karły ? (ang. brown dwarfs)

“Nieudane gwiazdy” (ang. „Failed stars”: obiekty, które powstają jak gwiazdy, ale mają za małą masę by podtrzymać reakcję syntezy wodoru (H).

„Super-jowisze” (ang.“Super-Jupiters”): obiekty o wielkości i składzie atmosfery podobnym jak planety–olbrzymy, które powstały tak jak gwiazdy.

Czarne gwiazdy - Dark stars

Gwiazdy nieudane - Failed stars

Podgwiazdy - Substars

Karły podczerwone - Infrared dwarfs

Karły lilipucie- Lillipution dwarfs

Planetary - Planetars

Super-jowisze (gorące jowisze) - Super Jupiters

Skąd się wzięła nazwa brązowe karły :http://www.universetoday.com/23247/if-brown-isnt-a-color-what-color-are-brown-dwarfs/

J.Tarter(1975r.-owczesna dyrektor SETI Inst.) :„Było oczywistym, że jest potrzebny opisujący te karły kolor, który

byłby pomiędzy czerwonym i czarnym. Zaproponowałam kolorbrązowy i Joe (Silk) oponował ponieważ brązowy nie jestkolorem ...”

Skąd się wzięła nazwa „brązowe karły”…

“Nie wiemy jaki kolor one mają, więc nazwijmy je po prostu

BRĄZOWE KARŁY.”

Hayashi (1965)

1. Kontrakcja adiabatyczna(Hayashi tracks)

2. Zapłon, utworzenie promienistego jądra, grzanie – równowaga dynamiczna (Henyey tracks)

3. Dojście do Ciągu Głównego - równowaga promienista.

Ewolucja gwiazd

Brązowe karły – kolaps grawitacyjny

(1)(2)

(3)

Brązowe Karły

Różnica

poziomów

192m

Jak ciasno można spakować gwiazdę?

Istnieje ograniczenie w mechanice kwantowej oparte na

zakazie Pauliego : Dwa elektrony nie mogą zajmować tego

samego stanu kwantowego w tym samym miejscu i czasie.

Brązowe karły – kolaps grawitacyjny

Brązowe karły – kolaps grawitacyjny

Poniżej ~0.1 M

, degeneracja e- staje

się znacząca we wnętrzu BK (Pcore ~

105 Mbar, Tcore ~ TFermi) i zatrzymuje

kolaps grawitacyjny.

Poniżej ~ 0.075 M

, Tcore pozostaje

poniżej krytycznej temperatury PPI

Nie może podtrzymać syntezy

jądrowej wodoru

Poniżej ~ 0.013 M

(13MJowisza)–

planeta (brak reakcji jądrowych

spalania litu-7 lub deuteru w jądrze

brązowego karła).

Reakcja jądrowa PPI:p + p → d + e+ + e,

Tc = 3 106 K

Brązowe karły – kolaps grawitacyjny

Ból gwiezdnych narodzin

Brązowy

karzeł

Gwiazda

100 tys. lat:

z pewnego powodu

(zakaz Pauliego) kolaps

się zatrzymuje.

100 tys. lat:

otaczający materiał zbiera

się w dysk otaczający

zarodek gwiazdy.

Gwiazda zaczyna powstawać jako

wydzielony obszar z chmury gazu i

pyłu międzygwiazdowego. Jego

centralna część tworzy zarodek

przyszłej gwiazdy.

Brązowy karzeł

rozpoczyna drogę ku

gwiezdnym narodzinom.

100 mln lat:

Po wypaleniu się deuteru

brązowy karzeł staje się

podobny do planety (staje się

coraz ciemniejszy i zimniejszy).

1 do 10 mln lat:

Protogwiazda staje się coraz

cięższa, w miarę jak się kurczy.

Dysk się rozrzedza i w tym dysku

zaczynają się tworzyć planety.

1 do 10 mln lat:

Brązowy karzeł stał się

wystarczająco masywny,

aby rozpocząć syntezę deuteru.

30 mln lat:

Protogwiazda skurczyła się

wystarczająco, aby rozpocząć

syntezę wodoru i aktualnie może

być uważana za prawdziwą gwiazdę.

PlanetaPlaneta tworzy się w dysku

wokół gwiazdy w miarę jak

ziarna stopniowo się zlepiają.

Planeta nigdy nie osiągnie

masy potrzebnej do syntezy

wodoru. Planeta stopniowo

staje się coraz ciemniejsza.

Rysunek z American Scientific 294 (2006r.)

Bez źródła energii,

brązowe karły szybko

ewoluują ku coraz

niższym Tpowierzchniowym

i niższym jasnościom.

10 20 30 40 5060

70

75

80

90

Gwiazdy

Brązowe

Karły

Brązowe karły - ewolucjaT

em

pera

tura

po

wie

rzch

nio

wa (

K)

Czas (miliardy lat)

Mało masywne gwiazdy

Słońce

Masywne gwiazdy

Masa 0,1 masy Słońca,

Czas życia około 10 bilionów lat.

Masa 1 masa Słońca,

Czas życia około 10 miliardów lat.

Masa 80 mas Słońca,

Czas życia około 10 milionów lat.

Czas życia gwiazd

Masywna gwiazda

(> 8 mas Słońca)

Utrata masy …

supernowa

LUB

Gwiazda

neutronowa

Pozostałości

supernowej

Śmierć gwiazd

Małomasywna gwiazda

(< 8 mas Słońca)

Czerwony olbrzym

Biały karzeł Mgławica

planetarna

Brązowy karzeł

Niektóre gwiazdy nigdy

nie umierają, one po

prostu powoli znikają …

(ang. Some stars never

die, they just fade away)

Czarna dziura

Brązowe karły - struktura

Brązowe karły – test litowy

Różnice w budowie pomiędzy planetami,

brązowymi karłami i gwiazdami(Scientific American IV 2000r.)

Liczba odkrytych brązowych karłów

W dwudziestym wieku :

Lata 60-te ……………. 0

Lata 70-te ……………. 0

Lata 80-te …........... 4 0

Lata 90-te …..… mnóstwoX

UWAGA!!!

1995 rok - Odkrycie pierwszych brązowych karłów

(Teide 1 i Gliese 229B)

Aktualna liczba znanych brązowych karłów.

http://www.johnstonsarchive.net/astro/browndwarflist.html(ostatnia aktualizacja 14 marca 2014 r.)

Kryterium klasyfikacyjne dla brązowych karłów:

Obiekty o typie widmowym >= M9.5 (tzn. M9.5, L0…9, T, Y0…9)

LUBObiekty o szacowanych masach ~13- ~80MJowisz(spalające deuter).

Razem znanych jest 2647 obiektów (2085 potwierdzonych, 562 kandydatów na

brązowych karłów) o następujących typach widmowych:

• M – 326szt,

• L – 1329szt,

• T – 579szt,

• Y – 21szt,

• bez znanego typu widmowego – 392szt.

Aktualna liczba znanych brązowych karłów.

Materiał źródłowy: http://scitechdaily.com/spitzer-wise-discover-coldest-known-brown-dwarf/

Najbliższe znane brązowe karły oraz gwiazdy.

Bardzo zimne gwiazdy są (pod) czerwone

Karły M : dominują linie

absorpcyjne TiO, VO, H2O, CO

+ linie metali alkaicznych.

Karły L : linie absor.tlenków są

zastępowane przez wodorki

(FeH, CrH, MgH, CaH) i silne

są linie metali alkaicznych.

Karły T : widać silne linie CH4

i H2O oraz ekstremalnie

szerokie Na I i K I.

Karły Y : silne linie H2O.

Brązowe karły typu M, L, T i Y.

Karły M (3500-2100 K, 326 jest znanych) magnetycznie aktywne,najmłodsze b.k.

Karły L (2100-1300 K, 1329 jest znanych) bogate w molekuły (CO, H2O) atmosfery zawierają chmury z „gorącym brudem”.

Karły T (1300-500 K, 579 jest znanych) brązowe karły z atmosferami zawierającymi H2O, CH4 i NH3.

Karły Y (<500 K, 21 jest znanych) najzimniejsze brązowe karły odkryte parę lat temu, prawdopodobnie zawierające w atmosferze chmury H2O

Zmiana temperatury powierzchniowej B.K. w czasie.

---- zmiana temperatury

powierzchniowej planemo /

planet - poniżej 0.013 M

(13MJowisza) – brak syntezy

jądrowej jakichkolwiek

pierwiastków.

zmiana temperatury

powierzchniowej B. K. w

czasie dla mas z przedziału

0.013M

<MBK<0.075M

–

brak syntezy jądrowej H,

ale jest „spalanie” Litu-7

(MBK>0.06M

) lub deuteru

(MBK>0.013M

).

zmiana temperatury

powierzchniowej gwiazd

w czasie (M>0.075M

–

synteza wodoru)

i pogoda na

brązowych karłach

Gazy w atmosferach brązowych karłów

Brązowe karły mają gorące atmosfery podobne do planet –unikalne środowiska do zrozumienia zjawisk formowania się chmur i pogody.

Chmury w atmosferach brązowych karłów

Ackerman & Marley (2001)

Generalnie dana

warstwa chmur jest

przypisana do

wąskiego zakresu

temperatur dla

chłodniejszych BK,

chmury będą

występowały

poniżej fotosfery

(fotosfera =

„powierzchnia”

brązowego karła).

Chmury w atmosferach brązowych karłów L

≈ L7 ≈ T7 ≈ Y?

Chmury w atmosferach brązowych karłów

Marley et al. (2002)

W temperaturach i

ciśnieniach atmosfer

karłów późnych typów

widmowych M i L, wiele

gazowych związków

chemicznych może

tworzyć kondensaty

(chmury/skropliny).

np.:• TiO → TiO2(s), CaTiO3(s)

• VO → VO(s)

• Fe → Fe(l)

• SiO → SiO2(s), MgSiO3(s)

Enoch, Brown, & Burgasser (2003)

Zmienność fotometryczna brązowych karłów

Wiele brązowych karłów późnego typu widmowego L i T jest zmiennych, P ~ godziny, podobnie jak tempo tworzenia się pyłu w brązowych karłach.

Atmosfery brązowych karłów są za zimne, aby podtrzymać plamy magnetyczne chmury – bardziej prawdopodobne.

Generalnie okresy tych zmian nie są stabilne szybkie zmiany na powierzchni

brązowych karłów.

Bezpośrednia detekcja chmury z ziarnami krzemianów.

Dowody na kondensacje - spektroskopia

Kirkpatrick et al. (1999)

Zanikanie pasm TiO i VO przy

przejściu od późnego typu

widmowego M do L może być

bezpośrednio wyjaśnione ich

akumulacją w postaci

kondensatów.

Przykłady ciekawychbrązowych karłów

Brązowy karzeł WD 0806-661 Bhttp://science.psu.edu/news-and-events/2011-news/Luhman10-2011

Odległość – 63 lata świetlne,

Krąży w odległości 2500 j. a.

od białego karła WD 0806-661

Typ widmowy Y,

Masa ok. 6-8 mas Jowisza,

Temperatura fotosferyczna 27-70C,

Obserwacje teleskopem Spitzera

Poniżej animacja …

Brązowy karzeł WD 0806-661 B

(wizja artystyczna – widok z brązowego karła w stronę białego karła)

Brązowy karzeł WD 0806-661 B

(wizja artystyczna – widok z brązowego karła w stronę białego karła)

Podwójny „zielony” brązowy karzeł WISE 0458+6434

Odkryty w 2010 r. (składnik A) / 2011r. (składnik B)

Separacja składników A-B 5 j.a., okres orbitalny 70lat,

Odległość 36 lat świetlnych (gw. Żyrafy),

Obserwacje teleskopem WISE

Typy widmowe A/B ok.T9,

Masa A/B ok. 15/10 mas Jowisza,

Temperatura fotosfer A/B 600K/500K,

Na zdjęciu kolory są zamapowane do zakresu widzialnego.

Metanowa atmosfera pochłania najkrótsze promieniowanie podczerwone

(3,4μm - kolor niebieski). Widać tylko kolor „zielony” (4,6 μm) ponieważ

br.karły A/B są za zimne by promieniować w kolorze „czerwonym” (12μm).

Podwójny „zielony” brązowy karzeł WISE 0458+6434

Obserwacje teleskopem WISE

Astronom Amy Mainzer (NASA):

„Gdyby tak zapuszkować galon atmosfery tego obiektu i sprowadzić go

na Ziemię - zapach nie zabiłby, ale śmierdziałoby całkiem nieźle

zgniłymi jajami z nutką amoniaku.”

Odkryty w kwietniu 2014r. przez Luhmana,

Typ widmowy Y?,

Odległość 7.3 roku świetlnego (gwiazdozbiór Hydry),

Szacowana masa 3-10MJowisza, („sub-brown dwarf”?)

Temperatura powierzchniowa od -48C do -13C,

Mogą występować chmury z lodem H2O ( http://arxiv.org/pdf/1408.4671v2.pdf)

Więcej informacji na temat WISE 0855-0714 można znaleźć tutaj:

http://scitechdaily.com/spitzer-wise-discover-coldest-known-brown-dwarf/

Aktualnie najzimniejszy brązowy karzeł WISE 0855-0714.

Wizja artystyczna WISE 0855-0714

Brązowy karzeł WISE1828+2650 fotosfera 25C.

Odkryty w 2011 r.

Odległość – 37 lata świetlne (gw. Lutni),

Obserwacje teleskopem kosmicznym WISE

Typ widmowy Y2,

Masa ok. 0,5-20 mas Jowisza,

Wiek 0,1-10 mld lat,

Temperatura fotosfery ok. 25C,

(trochę chłodniejszy od

temperatury ciała ludzkiego!!!)

Wizja artystyczna tego obiektu

Planeta HD 189733b (V452 Vul) - tutaj pada gorące szkło.http://astrobob.areavoices.com/2013/07/11/meet-hd-189733b-the-blue-planet-where-it-rains-hot-glass/

Odkryty w 2005 r.

Odległość – 63 lata świetlne (gw.Liska),

Masa ok. 1,16 masy Jowisza,

Wiek >0,6 mld lat,

Temperatura fotosfery ok. 1100C,

Wizja artystyczna tego obiektu

Planeta HD 189733b (V452 Vul) (tutaj pada stopione szkło).

Wizja artystyczna tego obiektu.

Widok z HD189733b w stronę naszego Słońca (63l.św.).

Planeta obiega gwiazdę Sp=K1.5V w ciągu 2,2 dni

http://astrobob.areavoices.com/2013/07/11/meet-hd-189733b-the-blue-planet-where-it-rains-hot-glass/

Brązowy karzeł 2MASS 2139

Brązowy karzeł jest odległy

o 47 lat świetlnych od Ziemi,

w gwiazdozbiorze Wodnika

W czasie 8-godz. obserwacji

jego jasność zmieniała aż o 30%!!!

Są to największe wahania jasności

jakie dotychczas obserwowano

u brązowego karła.

Być może gigantyczna burza

na skalę całej planety szalała

w czasie obserwacji (większa od

Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu).

Możliwe jest też, że obserwowane

są niskie, gorące warstwy atmosferywidziane przez dziurę w pokrywie chmur.

Brązowy karzeł 2MASS 2228-4310obserwowany

jednocześnie przez teleskopy

Hubble’a (zakres 1,25mikrona)

i Spitzera (zakres 4,5mikrona)

Tutaj z chmur zamiast wody

pada gorący piasek,

krople stopionego żelaza,i inne egzotyczne kondensaty.

Brązowy karzeł

2MASS 2228-4310o okresie rotacji 1,4 godz.

Artystyczna wizja deszczu ze stopionego żelazapadającego w atmosferze brązowego karła

Brązowe karły z układami planetarnymi

Wiek 8mln lat

Brązowe karły

z układami planetarnymi :

Mikrosoczewkowanie

masy Słońca

masy Ziemi

Widok zachodzącegobrązowego karła na planecie krążącej wokół niego.

Literatura:

Niniejszą prezentację przygotowałem w większości na podstawie wykładów

prof.Burgassera dostępnych pod odnośnikiem (przetłumaczyłem na j. polski) : http://pono.ucsd.edu/~adam/presentations/

Polecam prezentację prof. Burgassera z kolokwium w słynnym FermiLab

w dn. 6 VIII 2003 r. na temat podstaw fizycznych pogody na brązowych karłach :http://vmsstreamer1.fnal.gov/VMS_Site_02/Lectures/Colloquium/Burgasser/index.htm

http://vmsstreamer1.fnal.gov/VMS_Site_02/Lectures/Colloquium/Presentations/Burgasser.ppt

Aktualnie najzimniejszy brązowy karzeł (kwiecień 2014r.)http://scitechdaily.com/spitzer-wise-discover-coldest-known-brown-dwarf/

Śmierdzący „zielony” brązowy karzeł:http://io9.com/5687086/cold-smelly-failed-star-might-be-the-most-pathetic-thing-in-the-universe

Skąd się wzięła nazwa brązowych karłówhttp://www.universetoday.com/23247/if-brown-isnt-a-color-what-color-are-brown-dwarfs

Ryszard Biernikowicz - PTMA Szczecin

K O N I E C