Юпитер больше некоторых звезд, так почему он не стал вторым Солнцем?

Самая маленькая из известных звезд главной последовательности в галактике Млечный Путь — называется EBLM J0555-57Ab.

Красный карлик расположен на расстоянии 600 световых лет от нас. Имея средний радиус около 59 000 километров, лишь немного больше, чем Сатурн. Это делает ее самой маленькой известной звездой, которая поддерживает синтез водорода в своем ядре, процесс, который поддерживает горение звезд до тех пор, пока у них не закончится топливо.

В нашей Солнечной системе есть два объекта больше этой крошечной звезды. Очевидно, одно из них — Солнце. Другой — Юпитер, средний радиус которого составляет 69 911 километров.

Так почему Юпитер — планета, а не звезда?

Короткий ответ прост: у Юпитера недостаточно массы, чтобы превратить водород в гелий. EBLM J0555-57Ab примерно в 85 раз превышает массу Юпитера. Но если бы наша Солнечная система была другой, мог бы Юпитер превратиться в звезду?

Юпитер и Солнце больше похожи, чем вы думаете.

Газовый гигант может и не быть звездой, но Юпитер по-прежнему имеет большое значение. Его масса в 2,5 раза больше массы всех остальных планет, вместе взятых. Просто, будучи газовым гигантом, он имеет действительно низкую плотность: около 1,33 грамма на кубический сантиметр; Плотность Земли составляет 5,51 грамма на кубический сантиметр, что чуть более чем в четыре раза выше, чем у Юпитера.

Но интересно отметить сходство между Юпитером и Солнцем. Плотность Солнца составляет 1,41 грамма на кубический сантиметр. И эти два объекта очень похожи по композиции. По массе Солнце примерно на 71% состоит из водорода и на 27% из гелия, а остальная часть состоит из следовых количеств других элементов. Юпитер по массе состоит примерно из 73 процентов водорода и 24 процентов гелия.

По этой причине Юпитер иногда называют несостоявшейся звездой.

Но все же маловероятно, что, оставленный собственными устройствами Солнечной системы, Юпитер даже приблизился бы к тому, чтобы стать звездой.

Понимаете, звезды и планеты рождаются посредством двух очень разных механизмов. Звезды рождаются, когда плотный узел материи в межзвездном молекулярном облаке схлопывается под действием собственной силы тяжести — вращение во время процесса, называемого схлопыванием облаков. Во время вращения звезда накатывает больше материала из облака вокруг себя в звездный аккреционный диск.

По мере того как масса — и, следовательно, сила тяжести — растет, ядро ​​молодой звезды сжимается все сильнее и сильнее, что заставляет его становиться все горячее и горячее. В конце концов оно становится настолько сжатым и горячим, что ​​воспламеняется, и начинается термоядерный синтез.

Согласно нашему пониманию звездообразования, когда звезда заканчивает аккрецию материала, остается аккреционный диск. Это то, из чего возникают планеты.

Астрономы думают, что у газовых гигантов, таких как Юпитер, этот процесс начинается с крошечных кусочков ледяной породы и пыли в диске. Когда они вращаются вокруг молодой звезды, эти кусочки материала начинают сталкиваться, слипаясь статическим электричеством. В конце концов, эти растущие сгустки достигают достаточно большого размера — около 10 масс Земли — чтобы они могли 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 поглотил весь доступный ему материал — в значительной степени от массы, необходимой для синтеза водорода, — он прекратил рост.

Итак, Юпитер никогда не был даже близко к тому, чтобы стать достаточно массивным, чтобы стать звездой. Юпитер по своему составу похож на Солнце не потому, что это была «неудавшаяся звезда», а потому, что он родился из того же облака молекулярного газа, которое породило Солнце.

Настоящие несостоявшиеся звезды.

Есть другой класс объектов, которые можно считать «несостоявшимися звездами». Это коричневые карлики, и они заполняют промежуток между газовыми гигантами и звездами.

Начиная примерно в 13 раз больше массы Юпитера, эти объекты достаточно массивны, чтобы поддерживать ядерный синтез — не обычного водорода, а дейтерия. Он также известен как «тяжелый» водород; это изотоп водорода с протоном и нейтроном в ядре вместо одного протона. Его температура и давление плавления ниже, чем температура и давление плавления водорода.

Поскольку это происходит при более низкой массе, температуре и давлении, синтез дейтерия является промежуточным этапом на пути к синтезу водорода для звезд, поскольку они продолжают наращивать массу. Но некоторые объекты никогда не достигают этой массы; они известны как коричневые карлики.

Некоторое время после подтверждения их существования в 1995 году было неизвестно, были ли коричневые карлики звездами или чрезмерно амбициозными планетами; но несколько исследований показали, что они образуются точно так же, как звезды, в результате коллапса облаков, а не аккреции ядра. А некоторые коричневые карлики даже неотличимы от планет.

Юпитер находится прямо на нижнем пределе массы для схлопывания облаков; наименьшая масса объекта коллапса облака оценивается примерно в одну массу Юпитера. Так что, если бы Юпитер образовался в результате коллапса облака, его можно было бы считать несостоявшейся звездой.

Но данные зонда НАСА Juno предполагают, что, по крайней мере, когда-то у Юпитера было твердое ядро ​​- и это больше соответствует методу образования аккреции ядра.

Моделирование предполагает, что верхний предел массы планеты, образующейся в результате аккреции ядра, менее чем в 10 раз превышает массу Юпитера — всего несколько масс Юпитера, чего не хватает для термоядерного синтеза дейтерия.

Итак, Юпитер — не неудавшаяся звезда. Но размышление о том, почему это не так, может помочь нам лучше понять, как устроен космос. Кроме того, Юпитер — полосатое, бурное, закрученное чудо само по себе. А без него мы, люди, возможно, даже не смогли бы существовать.

Однако это уже другая история, которую следует рассказать в другой раз.

Источники: Фото: (NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill)