Юпитер похож на Солнце, но не может считаться несостоявшейся звездой, – ученые

Фото: EPA/UPG

Самая маленькая известная звезда главной последовательности Млечного Пути — EBLM J0555-57Ab, являющейся красным карликом на расстоянии 600 световых лет, пишет Science alert. 

Со средним радиусом около 59 тыс. км, она лишь немного больше Сатурна, что делает ее самой крошечной известной звездой, поддерживающей в своем ядре синтез водорода, процесс, который заставляет гореть звезду до тех пор, пока у нее не закончится топливо. 

В нашей Солнечной системе существуют два объекта больше этой крошечной звезды. Один из них — Солнце, другой — Юпитер, средний радиус которого составляет 69 911 км. Так почему же Юпитер — это планета, а не звезда? Если кратко, то газовый гигант не обладает достаточной массой, чтобы превратить водород в гелий. 

EBLM J0555-57Ab примерно в 85 раз больше массы Юпитера, если бы этот показатель был ниже, она также не смогла бы сплавлять водород. А что, если бы наша Солнечная система была другой, смог бы Юпитер воспламениться в звезду? 

Юпитер и Солнце более похожи, чем многие думают

Газовый гигант, может быть, и не звезда, однако все равно является крупным космическим объектом. Его масса в 2,5 раза больше, чем у всех остальных планет вместе взятых. 

Будучи газовым гигантом, он имеет очень низкую плотность: около 1,33 г/см³, в то время как плотность Земли составляет 5,51 (чуть более чем в четыре раза выше, чем у Юпитера). 

Важно отметить сходство между Юпитером и Солнцем. Плотность Солнца составляет 1,41 г/см³, напоминая тем самым плотность Юпитера. По массе оно примерно на 71% состоит из водорода и на 27% из гелия, а остальную часть составляют другие элементы. Масса Юпитера, в свою очередь, состоит примерно из 73% водорода и 24% гелия. Именно по этой причине Юпитер иногда называют неудавшейся звездой.

Но все же, как ни крути, маловероятно, что Юпитер хотя бы немного приблизился бы к тому, чтобы стать звездой. Звезды и планеты создаются посредством двух совершенно разных механизмов. 

Звезды рождаются, когда плотный узел вещества в межзвездном молекулярном облаке схлопывается под действием собственной гравитации — вращается в процессе, называемом коллапсом облака. Во время вращения он наматывает вокруг себя больше материала из облака в звездный аккреционный диск. 

По мере роста массы, а следовательно, и гравитации, ядро молодой звезды сжимается все сильнее и сильнее, что заставляет ее становиться горячее. В конце концов оно становится настолько сжатым и горячим, что воспламеняется и начинается термоядерный синтез. 

После того, как звезда заканчивает аккрецию материала, остается много аккреционного диска, структуры из которой создаются планеты. Астрономы считают, что для газовых гигантов, таких как Юпитер, этот процесс начинается с крошечных кусков ледяных пород и пыли в диске. Когда они вращаются вокруг маленькой звезды, эти частицы материала начинают сталкиваться, склеиваясь статическим электричеством. 

В конце концов, эти растущие сгустки достигают достаточно большого размера, чтобы быть способными гравитационно притягивать все больше и больше газа из окружающего диска. 

С этого момента Юпитер постепенно вырос до своей нынешней массы-примерно в 318 раз больше массы Земли и в 0,001 раза больше массы Солнца. Как только он собрал весь материал, который был ему доступен на довольно большом удалении от массы, необходимой для синтеза водорода, он перестал расти. Таким образом, Юпитер никогда не был даже и близок к тому, чтобы стать достаточно массивным для звания звезды. 

Он имеет сходный состав с Солнцем не потому, что он был "неудавшейся звездой", а потому, что родился из того же облака молекулярного газа, которое породило Солнце. 

Настоящие несостоявшиеся звезды

Существует другой класс объектов, которые можно считать "несостоявшимися звездами". Ими являются коричневые карлики, которые заполняют промежуток между газовыми гигантами и звездами. 

Начиная примерно с 13-кратной массы Юпитера, эти объекты слишком массивны, чтобы поддерживать ядерный синтез не обычного водорода, а дейтерия (также известного как тяжелый водород) — стабильного изотопа водорода с атомной массой, равной 2, ядро которого состоит из одного протона и одного нейтрона. Температура его плавления и давление ниже, чем у водорода. 

Поскольку это происходит при более низкой массе, температуре и давлении, синтез дейтерия является промежуточным этапом на пути к синтезу водорода для звезд, так как они продолжают наращивать массу.  Но некоторые объекты, известны под названием коричневые карлики, никогда не достигают такой массы. Некоторое время после того, как в 1995 было подтверждено их существование, ученые не знали, являются ли они недоразвитыми звездами или сверхамбициозными планетами. Однако несколько исследований показали, что коричневые карлики образуются точно так же, как звезды — в результате коллапса облаков, а не аккреции ядра.

Юпитер находится прямо на нижнем пределе массы коллапса облака. Так что если он образовался в результате этого процесса, его можно считать несостоявшейся звездой. 

Но данные, полученные зондом НАСА "Юнона", свидетельствуют о том, что когда-то у Юпитера было твердое ядро и это более согласуется с методом формирования аккреции ядра. Моделирование предполагает, что верхний предел массы планеты, формирующейся за счет аккреции ядра, составляет менее 10 масс Юпитера.

Так что газовый гигант — не является несостоявшиеся звездой. Однако размышления о том, почему это не так, могут помочь ученым лучше понять, как работает космос.

Кроме того, Юпитер — крайне уникальный космический объект, без которого мы, люди, возможно, не смогли бы существовать. Но это уже совсем другая история. 

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform