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

Transkrypt

1 Pochmurno z możliwością opadu żelaza Pogoda na brązowych karłach (BK)

2 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.

3 Skąd się wzięła nazwa brązowe karły 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 : J.Tarter(1975r.-owczesna dyrektor SETI Inst.) : Było oczywistym, że jest potrzebny opisujący te karły kolor, który byłby pomiędzy czerwonym i czarnym. Zaproponowałam kolor brązowy i Joe (Silk) oponował ponieważ brązowy nie jest kolorem... Nie wiemy jaki kolor one mają, więc nazwijmy je po prostu BRĄZOWE KARŁY.

4 Brązowe karły kolaps grawitacyjny (2) (1) Ewolucja gwiazd 1. Kontrakcja adiabatyczna (Hayashi tracks) (3) Hayashi (1965) 2. Zapłon, utworzenie promienistego jądra, grzanie równowaga dynamiczna (Henyey tracks) 3. Dojście do Ciągu Głównego - równowaga promienista.

5 Brązowe Karły Różnica poziomów 192m

6 Brązowe karły kolaps grawitacyjny 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.

7 Brązowe karły kolaps grawitacyjny

8 Brązowe karły kolaps grawitacyjny Reakcja jądrowa PPI: p + p d + e + + e, T c = K Poniżej ~0.1 M, degeneracja e - staje się znacząca we wnętrzu BK (P core ~ 10 5 Mbar, T core ~ T Fermi ) i zatrzymuje kolaps grawitacyjny. Poniżej ~ M, T core pozostaje poniżej krytycznej temperatury PPI Nie może podtrzymać syntezy jądrowej wodoru Poniżej ~ M (13M Jowisza ) planeta (brak reakcji jądrowych spalania litu-7 lub deuteru w jądrze brązowego karła).

9 Ból gwiezdnych narodzin Rysunek z American Scientific 294 (2006r.) Brązowy karzeł Brązowy karzeł rozpoczyna drogę ku gwiezdnym narodzinom. 100 tys. lat: z pewnego powodu (zakaz Pauliego) kolaps się zatrzymuje. 1 do 10 mln lat: Brązowy karzeł stał się wystarczająco masywny, aby rozpocząć syntezę deuteru. 100 mln lat: Po wypaleniu się deuteru brązowy karzeł staje się podobny do planety (staje się coraz ciemniejszy i zimniejszy). Gwiazda Gwiazda zaczyna powstawać jako wydzielony obszar z chmury gazu i pyłu międzygwiazdowego. Jego centralna część tworzy zarodek przyszłej gwiazdy. 100 tys. lat: otaczający materiał zbiera się w dysk otaczający zarodek gwiazdy. 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. Planeta Planeta 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. 30 mln lat: Protogwiazda skurczyła się wystarczająco, aby rozpocząć syntezę wodoru i aktualnie może być uważana za prawdziwą gwiazdę.

10 Temperatura powierzchniowa (K) Brązowe karły - ewolucja Brązowe Karły Gwiazdy 75 Bez źródła energii, brązowe karły szybko ewoluują ku coraz niższym T powierzchniowym i niższym jasnościom Czas (miliardy lat)

11 Czas życia gwiazd Mało masywne gwiazdy Masa 0,1 masy Słońca, Czas życia około 10 bilionów lat. Słońce Masa 1 masa Słońca, Czas życia około 10 miliardów lat. Masywne gwiazdy Masa 80 mas Słońca, Czas życia około 10 milionów lat.

12 Śmierć gwiazd Masywna gwiazda (> 8 mas Słońca) Utrata masy supernowa LUB Gwiazda neutronowa Pozostałości supernowej Czarna dziura Małomasywna gwiazda (< 8 mas Słońca) Brązowy karzeł Czerwony olbrzym Biały karzeł Mgławica planetarna Niektóre gwiazdy nigdy nie umierają, one po prostu powoli znikają (ang. Some stars never die, they just fade away)

13 Brązowe karły - struktura

14 Brązowe karły test litowy

15 Różnice w budowie pomiędzy planetami, brązowymi karłami i gwiazdami (Scientific American IV 2000r.)

16 Liczba odkrytych brązowych karłów W dwudziestym wieku : Lata 60-te. 0 Lata 70-te. 0 Lata 80-te... X4 0 Lata 90-te.. mnóstwo UWAGA!!! 1995 rok - Odkrycie pierwszych brązowych karłów (Teide 1 i Gliese 229B)

17

18 Aktualna liczba znanych brązowych karłów.

19 Aktualna liczba znanych brązowych karłów. (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) LUB Obiekty 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.

20 Najbliższe znane brązowe karły oraz gwiazdy. Materiał źródłowy:

21

22

23

24 Bardzo zimne gwiazdy są (pod) czerwone

25

26

27

28

29

30

31 Brązowe karły typu M, L, T i Y. Karły M : dominują linie absorpcyjne TiO, VO, H 2 O, 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 CH 4 i H 2 O oraz ekstremalnie szerokie Na I i K I. Karły Y : silne linie H 2 O.

32 Karły M ( K, 326 jest znanych) magnetycznie aktywne,najmłodsze b.k. Karły L ( K, 1329 jest znanych) bogate w molekuły (CO, H2O) atmosfery zawierają chmury z gorącym brudem. Karły T ( 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

33

34

35

36 Zmiana temperatury powierzchniowej B.K. w czasie. zmiana temperatury powierzchniowej gwiazd w czasie (M>0.075M synteza wodoru) 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 planemo / planet - poniżej M (13M Jowisza ) brak syntezy jądrowej jakichkolwiek pierwiastków.

37 i pogoda na brązowych karłach

38

39 Gazy w atmosferach brązowych karłów

40

41 Chmury w atmosferach brązowych karłów Brązowe karły mają gorące atmosfery podobne do planet unikalne środowiska do zrozumienia zjawisk formowania się chmur i pogody.

42 Chmury w atmosferach brązowych karłów L L7 T7 Y? 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).

43 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 TiO 2 (s), CaTiO 3 (s) VO VO(s) Fe Fe(l) SiO SiO 2 (s), MgSiO 3 (s)

44 Zmienność fotometryczna brązowych karłów Enoch, Brown, & Burgasser (2003) 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.

45 Bezpośrednia detekcja chmury z ziarnami krzemianów.

46 Dowody na kondensacje - spektroskopia Zanikanie pasm TiO i VO przy przejściu od późnego typu widmowego M do L może być bezpośrednio wyjaśnione ich akumulacją w postaci kondensatów. Kirkpatrick et al. (1999)

47 Przykłady ciekawych brązowych karłów

48 Brązowy karzeł WD B Odległość 63 lata świetlne, Krąży w odległości 2500 j. a. od białego karła WD Typ widmowy Y, Masa ok. 6-8 mas Jowisza, Temperatura fotosferyczna 27-70C, Obserwacje teleskopem Spitzera Poniżej animacja

49 Brązowy karzeł WD B (wizja artystyczna widok z brązowego karła w stronę białego karła)

50 Brązowy karzeł WD B (wizja artystyczna widok z brązowego karła w stronę białego karła)

51 Podwójny zielony brązowy karzeł WISE 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).

52 Podwójny zielony brązowy karzeł WISE 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.

53 Aktualnie najzimniejszy brązowy karzeł WISE Wizja artystyczna WISE 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 ( Więcej informacji na temat WISE można znaleźć tutaj:

54 Brązowy karzeł WISE 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

55 Planeta HD b (V452 Vul) - tutaj pada gorące szkło. 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

56 Planeta HD b (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

57 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 atmosfery widziane przez dziurę w pokrywie chmur.

58 Brązowy karzeł 2MASS obserwowany 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.

59 Brązowy karzeł 2MASS o okresie rotacji 1,4 godz.

60 Artystyczna wizja deszczu ze stopionego żelaza padającego w atmosferze brązowego karła

61 Brązowe karły z układami planetarnymi Wiek 8mln lat

62 Brązowe karły z układami planetarnymi : Mikrosoczewkowanie masy Słońca masy Ziemi

63 Widok zachodzącego brązowego karła na planecie krążącej wokół niego.

64

65

66 Literatura: Niniejszą prezentację przygotowałem w większości na podstawie wykładów prof.burgassera dostępnych pod odnośnikiem (przetłumaczyłem na j. polski) : Polecam prezentację prof. Burgassera z kolokwium w słynnym FermiLab w dn. 6 VIII 2003 r. na temat podstaw fizycznych pogody na brązowych karłach : Aktualnie najzimniejszy brązowy karzeł (kwiecień 2014r.) Śmierdzący zielony brązowy karzeł: Skąd się wzięła nazwa brązowych karłów Ryszard Biernikowicz - PTMA Szczecin

67 K O N I E C