Красный карлик — звезда, которая может оставаться на главной последовательности десятки миллиардов и даже триллионы лет. Вокруг многих таких звезд обнаружены каменистые планеты, однако близость к светилу, мощные вспышки и приливный захват осложняют поиск подходящих условий для жизни.
Красные карлики относятся преимущественно к спектральному классу M.
Звезды имеют меньшую массу, радиус и светимость, чем Солнце.
Расходуют водород медленно и живут дольше других звезд.
Часто проявляют сильную магнитную активность.
Не видны с Земли невооруженным глазом из-за низкой яркости.
Что такое красный карлик
Красными карликами называют маломассивные звезды главной последовательности. В их недрах, как и внутри Солнца, водород превращается в гелий. Разница заключается в скорости этого процесса: из-за небольшой массы и сравнительно низкой температуры термоядерные реакции идут медленнее.
Чаще всего к красным карликам относят звезды спектрального класса M. Иногда в группу включают наиболее холодные звезды позднего класса K, поэтому точная верхняя граница массы в разных классификациях может отличаться.
Название связано с температурой поверхности и спектром излучения. Такие звезды холоднее Солнца и испускают значительную долю энергии в красной и инфракрасной областях. При этом наблюдателю они не обязательно показались бы ярко-красными: цвет мог бы выглядеть желтоватым, оранжевым или бледно-красным в зависимости от температуры и условий наблюдения.
Красные карлики встречаются гораздо чаще крупных и ярких звезд. По разным оценкам, к ним относится около 70—75% звезд Млечного Пути. Однако на ночном небе они почти незаметны. Даже ближайший к Солнцу красный карлик — Проксима Центавра — слишком тусклый, чтобы увидеть его без телескопа.
К известным представителям этого класса относятся:
Проксима Центавра;
звезда Барнарда;
Вольф 359;
Лаланд 21185;
Росс 128;
TRAPPIST-1.
Некоторые из них находятся среди ближайших к Земле звезд. Их слабая видимая яркость хорошо показывает, насколько сильно красные карлики уступают Солнцу по светимости.
Масса, светимость и другие характеристики красных карликов
| Характеристика | Значения |
| Масса | Примерно 0,08—0,6 массы Солнца |
| Радиус | Около 0,1—0,6 радиуса Солнца |
| Температура поверхности | Примерно 2400—3900 К |
| Светимость | От десятитысячных долей до нескольких процентов солнечной |
| Спектральный класс | Преимущественно M |
| Срок существования | От десятков миллиардов до триллионов лет |
Нижняя граница массы красных карликов близка к пределу, ниже которого объект уже относят к коричневым карликам: его массы недостаточно для устойчивого превращения водорода в гелий.
Самые маломассивные красные карлики полностью конвективны: вещество перемещается от центральных областей к поверхности и обратно. Благодаря этому звезда использует большую часть запасов водорода и расходует его медленнее Солнца.
Многие красные карлики обладают сильным магнитным полем. На их поверхности появляются пятна, а вспышки усиливают поток ультрафиолетового и рентгеновского излучения.
Эволюция красных карликов
Чем меньше масса светила, тем слабее давление и температура в его центре и тем ниже скорость термоядерных реакций. Поэтому небольшая звезда способна существовать несравнимо дольше крупной.
Солнце проведет на главной последовательности около 10 миллиардов лет. Красный карлик может оставаться в стабильном состоянии сотни миллиардов или триллионы лет. Самые маломассивные представители потенциально способны светить дольше всех остальных звезд.
Точный путь эволюции красных карликов пока нельзя проследить по реальным объектам. Возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет, поэтому даже самые старые из них еще не успели исчерпать водород. Представления об их будущем основаны на расчетах и компьютерных моделях.
Продолжительная жизнь красных карликов связана сразу с несколькими особенностями:
небольшая масса ограничивает скорость реакций в центре;
низкая светимость означает медленный расход энергии;
конвекция перемешивает вещество и доставляет водород во внутренние слои;
звезда может использовать большую долю своих запасов топлива.
Для массивных звезд действует обратная зависимость. В их ядрах температура выше, реакции идут интенсивнее, а топливо заканчивается быстрее. Поэтому крупные светила могут прожить всего несколько миллионов лет.
Маломассивный красный карлик не способен запустить полноценное горение гелия. Для этого в центре не хватает давления и температуры.
Согласно моделям, по мере уменьшения запасов водорода звезда будет медленно сжиматься и нагреваться. Ее температура повысится, а цвет сместится к более коротким волнам. Предполагаемую промежуточную стадию называют голубым карликом.
Такой термин описывает теоретический объект: ни одного голубого карлика этого типа во Вселенной пока быть не должно, поскольку красные карлики еще не успели пройти предыдущий этап эволюции.
После окончательного прекращения термоядерных реакций останется плотное гелиевое ядро — белый карлик. Он уже не будет вырабатывать энергию за счет синтеза и станет постепенно остывать.
По расчетным моделям, самые маломассивные красные карлики не превращаются в красных гигантов. Этот вывод относится к звездам массой до 0,25 массы Солнца.
Жизнь на планетах в системах красных карликов
Красные карлики интересуют исследователей экзопланет по двум причинам. Во-первых, их очень много. Во-вторых, рядом с небольшой звездой легче обнаружить планету.
Во время прохождения планеты по диску светила его яркость немного уменьшается. На фоне компактного красного карлика этот спад заметнее, чем на фоне крупной звезды. Гравитационное воздействие планеты на маломассивную звезду также проще измерить.
Астрономы уже нашли вокруг красных карликов каменистые миры, сопоставимые по размеру с Землей. Одна из самых известных систем — TRAPPIST-1, в которой обращаются семь планет земного размера. Несколько из них получают такое количество энергии, при котором на поверхности теоретически может существовать жидкая вода.
Наличие планеты в зоне обитаемости еще не означает, что на ней есть океаны, атмосфера или живые организмы. Этот термин указывает только на подходящий диапазон энергии от звезды.
Близкая зона обитаемости
Красный карлик выделяет мало тепла, поэтому зона обитаемости расположена близко к нему. Год на такой планете может длиться всего несколько земных дней или недель.
Близкая орбита облегчает поиск экзопланеты, но создает дополнительные риски. Мир оказывается под воздействием звездного ветра, вспышек и жесткого излучения. Если атмосфера недостаточно плотная или плохо удерживается гравитацией, она может постепенно истончаться.
На сохранность газовой оболочки влияют:
масса и размеры планеты;
химический состав атмосферы;
магнитное поле;
мощность звездного ветра;
частота вспышек;
возраст красного карлика;
расстояние до звезды.
Поэтому две похожие планеты у разных красных карликов могут иметь совершенно разные условия.
Вспышки и радиация
Молодой красный карлик способен часто производить вспышки, во время которых возрастает поток ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Он может изменять химический состав атмосферы, разрушать молекулы воды и ускорять утечку легких газов в космос.
Для поверхности без плотной атмосферы такое излучение представляет серьезную опасность. Под слоем воды, грунта или льда условия могут быть мягче. Возможная жизнь также не обязана использовать те же биохимические механизмы, что и земные организмы, поэтому окончательный вывод только по уровню радиации сделать нельзя.
Вспышки способны не только мешать развитию жизни. Ультрафиолет участвует в некоторых химических реакциях, необходимых для образования сложных органических молекул. Значение имеет баланс: слишком слабое излучение может ограничивать предбиологическую химию, а слишком сильное — разрушать атмосферу и органические соединения.
Приливный захват
Планета, расположенная близко к звезде, может попасть в приливный захват. Ее период вращения вокруг оси становится равен периоду обращения по орбите. В результате одно полушарие постоянно обращено к красному карлику, а другое остается в темноте.
Раньше такой режим считали почти несовместимым с устойчивым климатом. Современные модели показывают, что плотная атмосфера или океан могут переносить тепло с дневной стороны на ночную. Наиболее умеренные условия в некоторых сценариях возникают в области между освещенным и темным полушариями.
Однако приливный захват остается серьезным ограничением. Климат зависит от давления, состава атмосферы, количества воды, облачности и скорости ветров. Без достаточного переноса тепла на ночной стороне могут замерзнуть газы, а на дневной — установиться слишком высокая температура.
Однозначного ответа, возможна ли жизнь на планетах близ красных карликов, пока нет. Условия рядом с активным красным карликом могут оказаться разрушительными для атмосферы и сложных организмов. В то же время огромное количество таких звезд повышает вероятность того, что среди их планет найдутся исключения.
Наиболее перспективными считаются системы, где звезда сравнительно старая и спокойная, а планета обладает плотной атмосферой, достаточной массой и устойчивым климатом.
Даже обнаружение кислорода или другого потенциального биомаркера не станет окончательным доказательством жизни. В атмосферах планет у красных карликов некоторые газы способны накапливаться без участия организмов. Поэтому ученым потребуется изучать несколько веществ одновременно и учитывать активность звезды.
Вопросы и ответы
В разделе ответили на вопросы о красных карликах.
Сколько красных карликов в Млечном Пути?
По оценкам астрономов, красные карлики составляют около 70—75% звезд Галактики. Точное число неизвестно, поскольку самые тусклые объекты трудно обнаруживать на больших расстояниях.
Какой красный карлик находится ближе всего к Солнцу?
Проксима Центавра. Она расположена примерно в 4,24 светового года от Земли и входит в звездную систему Альфа Центавра.
Можно ли увидеть красный карлик без телескопа?
Нет. Даже ближайшие красные карлики слишком тусклы для наблюдения невооруженным глазом. Для их изучения используют оптические и инфракрасные телескопы.
Сколько живут красные карлики?
В зависимости от массы они могут существовать от десятков миллиардов до триллионов лет. Ни один красный карлик еще не завершил естественную эволюцию, поскольку Вселенная значительно моложе предполагаемого срока их жизни.