Обитаемость систем коричневых карликов

[bob]

Кривые блеска коричневых карликов исследуются достаточно давно, это позволило точно определить периоды вращения, свойства облачного слоя и прочее [1]. Но никаких транзитов обнаружено не было. Кроме того, один L-карлик есть в поле Кеплера - и опять ничего транзитного, а уж он то мог бы найти совсем мелкие спутники. Поэтому оценка вероятности обитаемых планет ~4.5 до 56%  мягко говоря неадекватна.

Возможно, что это как-то связано с условиями их образования. Мы вынужденно, не имея аналогов вблизи, рассматриваем их как "очень большие планеты" или "очень маленькие звёзды". Но что-нибудь может мешать им иметь развитую систему спутников, как в этих, внешне подобных, случаях. Либо это - только наблюдательная выборка, что нет достоверных транзитов.

[Птыц]

Жизнь в системах коричневых карликов отсутствует.  Выход на ГП с длительным устойчивым горением - условие совершенно необходимое.

Я бы сказал так: мы не знаем ни одного феномена инопланетной жизни и не представляем (кроме фантастов), как жизнь может быть построена не на углеродной основе без использования жидкой воды.

Поэтому температура существования жизни от 273 K до 373 K.

Для соблюдения вышеуказанного условия нужно, чтобы за время развития жизни светимость звезды не менялась более, чем в (373/273)⁴ ≈ 3.5 раз. Изменения парникового эффекта приведут к еще более существенным ограничения на изменение светимости звезды (бурого карлика).

Даже если принять скорость развития жизни похожей на Землю, то нам нужно 3.5 млрд. лет.

Далее, для долговременного (более 1 млрд. лет) существования развитóй жизни нужны возобновляемые источники энергии. Такой источник один – звезда (бурый карлик). Т.е. мы приходим к необходимости фотосинтеза. Это, в свою очередь требует определенной энергии фотонов. Сомневаюсь, что жизнь, несмотря на множество еще не известных нам ухищрений, способна заниматься фотосинтезом при «свете» горячего утюга.

Т.е. на планете, обращающийся вокруг бурого карлика, нет, согласно современным воззрениям, условий для возникновения разумной жизни на углеродной/водной основе.

[Polnoch Ксю]

не менялась более, чем в (373/273)4 ≈ 3.5 раз.

А почему отношение в четвертой степени?

[Птыц]

А почему отношение в четвертой степени?

Закон Стефана-Больцмана: W = σεST⁴

[zenixt]

Кажется мне, что авторы теорий горения звезд не учли эти факты, поскольку они не существенны для звезд типа красных карликов и выше.

Эти эффекты были учтены еще Гамовым в конце 30-х годов прошлого века. Смотрите, например, здесь.
Без учета туннельного эффекта не получается зажечь даже Солнце.

Все, тема закрыта???
Не торопитесь с выводами.

Как показал Г.Гамов, вероятность реакции между двумя сближающимися легкими ядрами пропорциональна
e^(-K*Z1*Z2/W^(1/2))
, где e - основание натуральных логарифмов, Z1 и Z2 - числа протонов во взаимодействующих ядрах, W - энергия их относительного сближения, а K - постоянный множитель.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/5793/%D0%AF%D0%94%D0%95%D0%A0%D0%9D%D0%AB%D0%99
Это нисколько не противоречит моей гипотезе.
К тому же существует множество реакций с участием протона.
--p+p->d, p+Li6->He4+He3, p+Li7->2He4, p+Be9->2He4+d.......
К тому же есть факты, не укладывающиеся в теорию.
Так что оставим тему открытой.

[Птыц]

Все, тема закрыта???
Не торопитесь с выводами.
Это нисколько не противоречит моей гипотезе.

Противоречит. Разумеется, небольшая вероятность протекания реакции p+p → D есть всегда (даже при комнатной температуре), только нужно ли эту исчезающе малую вероятность учитывать?

К тому же существует множество реакций с участием протона.
--p+p->d, p+Li6->He4+He3, p+Li7->2He4, p+Be9->2He4+d.......

Безусловно:

• p+p → D, работает, начиная с массы с 70-80 M_J
• p+⁶Li → ⁴He+³He, p+⁷Li → 2⁴He работает, начиная с 60M_J
• p+⁹Be → должно работать при еще большей массе (увеличился заряд)
• p+¹²C → даже на Солнце не является преобладающим (по сравнению с p+p →)
  

К тому же есть факты, не укладывающиеся в теорию.
Так что оставим тему открытой.

Какие факты, и в какую теорию не укладываются? Можно ссылки?

[AlexAV]

p+p → D, работает, начиная с массы с 70-80 M_J

Строго говоря, этот процесс происходит практически всегда, только с разной скоростью. И минимальная масса звезды определится возможностью достижения теплового баланса между выделением энергии и излучением. А на него влияет не только масса, но и особенности теплопереноса в звезде, зависящие от её состава. В частности от металличности, которая очень сильно влияет на ту минимальную массу, когда этот баланс может быть достигнут.

В отсутствии тяжёлых элементов минимальная звезда с устойчивым протонным циклом – 98 M_J и спектрального класса M1.

При солнечном составе - 80 M_J и спектрального класса M9.5.

А вот здесь упоминается, что при высокой металличности в принципе может существовать устойчивая звезда главной последовательности даже спектрального класса Y и массой 42 M_J.

[AlexAV]

и всё-таки... сколько времени коричневый карлик может светить?

На самом деле не так уж и мало. Вот графики зависимости температур излучающей поверхности от времени для коричневых карликов и маломассивных звёзд солнечного состава (линии соответствуют 0.01; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05; 0.055; 0.06; 0.065; 0.07-0.1 c шагом 0.001; 0.105; 0.110; 0.115; 0.125; 0.150; 0.2 масс солнца).



Возьмём крупный бурый карлик с массой 0.065 масс солнца. Если рассмотреть его спутник с плотностью около плотности земли, то предел Роша для него будет составлять около 8 радиусов карлика. Соответственно диапазон температур карлика, когда такая планета, вращающаяся около предела Роша, может быть в зоне жизни, можно оценить как величину от 1100 до 1500 К.

В этом диапазоне параметров он будет находиться в течение около 4.5 млрд. лет.

[Птыц]

Вот графики зависимости

Прошу прощения, но графиков не вижу. В том смысле, что они не доступны. Это потому, что они находятся в социальной сети Яндекса?
И, кстати, откуда графики? Может их еще где-то можно посмотреть?

[AlexAV]

Прошу прощения, но графиков не вижу. В том смысле, что они не доступны. Это потому, что они находятся в социальной сети Яндекса?
И, кстати, откуда графики? Может их еще где-то можно посмотреть?

Гм… Исправил… Надеюсь что…

График взят из работы An expended set of brown draft and very low mass star models.

[Птыц]

Гм… Исправил… Надеюсь что…

Да, благодарю.

[Nucleosome]

Литий начинает гореть при большей температуре, чем дейтерий. На этом основывается литиевый тест. Однако коричневые карлики большóй массы быстро сожгут и его.

а, тогда понятно, как совместить эти две фразы:

Расчеты показывают, что звезда минимальной массы (0,075 массы Солнца) сжигает 99% своего лития за 100 млн. лет, а коричневый карлик с массой ниже 0,06 солнечной сожжет такую же долю лития лишь за время больше 10 млрд. лет.

и:

Но коричневые карлики с массой чуть ниже предела Кумара практически лишены ядерной энергии; после быстрого сгорания дейтерия и остановки гравитационного сжатия они быстро остывают и становятся невидимыми всего за несколько миллиардов лет.

то есть литий будет гореть, но крайне медленно и давать тепла почти не будет в общем зачёте

Поэтому температура существования жизни от 273 K до 373 K.

вообще-то говоря жизнь существует на Земле и при 400 К, вот вниз уже сложнее, да

Даже если принять скорость развития жизни похожей на Землю, то нам нужно 3.5 млрд. лет.

лично мне кажется, что пример эволюции на Земле - пример застопоренного развития накануне штурма суши - в принципе ничего не мешает сразу после формирования экосистем океана двинутся на сушу. а это - на 2 млрд меньше, кроме того всё ораганы многоклеточных появились не позже примерно 400 млн лет назад, кроме пожалуй матки млекопитающих, хотя живорождение было и раньше наверняка, так что последнее крупное изобретение эволюции это цветок. то есть - учитывая это всё, эволюцию можно засунуть и в 1 млрд лет где-то, ну полтора

Сомневаюсь, что жизнь, несмотря на множество еще не известных нам ухищрений, способна заниматься фотосинтезом при «свете» горячего утюга.

вот это да - фотосинтез на инфракрасе (и почему нет такого слова, если есть ультрафиолет?) если и возможен, то очень малопродуктивен, отсюда очень бедная биосфера и слабые возможности эволюции

Вообще говоря, не видно причин, по которым коричневые карлики должны быть лишены собственной системы спутников. У красных карликов планеты есть, у планет-гигантов Солнечной системы - тоже (причем у всех четырех).

так если коричныевы карлики, как формируются так, как описано там, где я нашёл - то есть или отрываясь от родных звёзд, или потому что с них постягивали вещество другие звёзды, то откуда же у них планеты окажутся?.. ну в первом ещё куда ни шло - речь ведь о плотных спутниках
в общем, все эти причины может и не ставят крест окончательно, но делают жизнь там крайне проблемной...

[AlexAV]

то есть литий будет гореть, но крайне медленно и давать тепла почти не будет в общем зачёте

Строго говоря, термоядерный синтез даёт весьма весомый вклад в энергобаланс крупных коричневых карликов. Скажем карлик массой 0,07 солнечных в возрасте 10 млрд.лет. будет компенсировать за счёт реакций синтеза 20% энергии излучения. На скорость процесса его остывания это будет влиять достаточно заметно.

вот это да - фотосинтез на инфракрасе (и почему нет такого слова, если есть ультрафиолет?) если и возможен, то очень малопродуктивен, отсюда очень бедная биосфера и слабые возможности эволюции

Мне кажется, здесь ограничение связано в основном с оптическими свойствами воды. Вода для ИК с длинной волны больше 1-2 мкм практически не прозрачно. А это очень подозрительно совпадает с краем спектра поглощения самого длинноволнового хлорофилла существующего в природе (имею в виду пигмент пурпурных бактерий бактерохлорофилл b с краем поглощения 1.1 мкм).

[Птыц]

то есть литий будет гореть, но крайне медленно и давать тепла почти не будет в общем зачёте

Да, так (за исключением очень массивных бурых карликов, близких к зажиганию реакции p+p →).

вообще-то говоря жизнь существует на Земле и при 400 К, вот вниз уже сложнее, да

Нам еще важен момент зарождения жизни. Наибольшую температуру будет иметь ранняя планета (я сознательно игнирирую парниковый эффект, но он, по идее, тоже должен снижаться). Может ли жизнь зародиться при 150°C (или при 127°C)? Это требует давления атмосферы по меньшей мере 4.7 атм (или 2.5 атм). В любом случае это не так уж сильно расширяет диапазон допустимых светимостей ( (150°C/0°C)⁴ = (423/273)⁴ ≈ 5.8 вместо (100°C/0°C)⁴ ≈ 3.5). Но принятие такого допущения (150°C при возникновении жизни) требует хотя бы минимальных знаний о путях возникновения жизни и не меньших знаний об эволюции гидро/атмосферы планеты.

лично мне кажется, что пример эволюции на Земле - пример застопоренного развития накануне штурма суши - в принципе ничего не мешает сразу после формирования экосистем океана двинутся на сушу. а это - на 2 млрд меньше, кроме того всё ораганы многоклеточных появились не позже примерно 400 млн лет назад, кроме пожалуй матки млекопитающих, хотя живорождение было и раньше наверняка, так что последнее крупное изобретение эволюции это цветок. то есть - учитывая это всё, эволюцию можно засунуть и в 1 млрд лет где-то, ну полтора

Трудно судить, имея единственный пример. Мне, наоборот, кажется что эволюция на Земле была слишком быстрой. Поэтому мы и не наблюдаем других цивилизаций. Хотя, повторяю, единственный пример очень трудно, если не невозможно, интерпретировать.

вот это да - фотосинтез на инфракрасе (и почему нет такого слова, если есть ультрафиолет?) если и возможен, то очень малопродуктивен, отсюда очень бедная биосфера и слабые возможности эволюции

&&

Мне кажется, здесь ограничение связано в основном с оптическими свойствами воды. Вода для ИК с длинной волны больше 1-2 мкм практически не прозрачно.

Я имел в виду другое. Поглощение света неким «хлорофиллом» приводит к разделению зарядов (напоминаю, что я говорю об углеродно/водной жизни) и накоплению H⁺. Последние преобразуются в устойчивую АТФ, которую можно хранить и расходовать по мере необходимости. Но исходное пространственное разделение зарядов неустойчиво. При понижении энергии кванта света снижается количество H⁺, производимое за один акт поглощения фотона. Соответственно понижается изменение концентрации H⁺, достижимой за один акт поглощения, и снижается КПД производства АТФ (H⁺ убежали). Даже на Земле КПД хлорофилла не достигает уровня посредственной солнечной батареи. А мы еще уменьшаем энергию кванта света → увеличиваем диссипацию заряда → понижаем КПД. А общая вырабатываемая энергия будет уменьшаться в соответствии с произведением КПД × энергия_кванта.

Хотя предложенное AlexAV объяснение безусловно имеет место и еще больше ограничивает возможности фотосинтеза в ИК-области.

[олигарх]

Говорилось же, что карликовые звезды все переменные!
Кроме того, чтоб набралась целая планета вещества, нужно в сто раз больше водорода из протопланетного облака рассеять, но там его кот наплакал, поэтому у карликоых звезд могут быть лишь карликовые планеты, это если они способны еще собраться, что крайне сомнительно, посему про жизнь у этих звезд лучше забыть вообще!!!

[Nucleosome]

Может ли жизнь зародиться при 150°C (или при 127°C)?

наверное да - при высоких температурах стабильность двойных спиралей нуклеиновых кислот очень падает, у наших термофилов их стабильность поддерживается окружающими их белками, но вот на стадии формирования это в самом деле может быть серьёзной помехой, без же полимеров и их удвоения жизнь "сварить" сложновато - на ум приходит саморазмножающиеися макромелекулярные комплексы, но - не знаю. в общем однозначно сказать трудно. но как видно верхний порог того, что можно считать жизнью - учитывая, что её свойствами обладают и некоторые кристаллы, довольно высок

Поэтому мы и не наблюдаем других цивилизаций.

но то есть множество других причин... но я имел в виду несколько иное - объективно, развитие жизни выглядит - по крайней мере по современным данным - как некий ступенчатый процесс, между которыми затишье. в принципе степени можно и объеденить в общее движение, но то - в принципе, на деле вполне может быть, что в глобальном масштабе бисферы эволюция просто не может идти иначе, хотя и сомневаюсь

Даже на Земле КПД хлорофилла не достигает уровня посредственной солнечной батареи.

эти вещи несколько несопоствимы - эенргия на выходе очень разного качества - у фотосинтеза - очень высокого - в виде органических молекул, у солнечной батареи - просто упорядоченный поток электронов, то есть по сути одна из промежуточных фаз фотосинтеза - создание потенциала. вот производили бы солнечные батарии хотя бы бензин - тогда можно было бы сравнить почти без оговорок

Поглощение света неким «хлорофиллом» приводит к разделению зарядов (напоминаю, что я говорю об углеродно/водной жизни)

для любой жизни если она основана на электромагинитном взаимодействии необходимо разделение зарядов, правда что-либо другое кроме водяно-углеродной жизни представлению поддаётся плохо

Говорилось же, что карликовые звезды все переменные!

во-первых не все, а во-вторых откуда вспышки на остывающих коричневых карликах?

[vika vorobyeva]

Новость в тему:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,105239.0.html
Обнаружена очень близкая (2.0±0.15 пк) пара двух коричневых карликов, вращающихся друг вокруг друга. Разделение - 1.5 угловых секунд (~3 а.е.). Очень интересно было бы поискать у них спутники.

[bob]

Обнаружена очень близкая (2.0±0.15 пк) пара двух коричневых карликов, вращающихся друг вокруг друга. Разделение - 1.5 угловых секунд (~3 а.е.). Очень интересно было бы поискать у них спутники.

Ещё интереснее механизм образования такой штуки. Получается, что всё-таки возможно образование планетных систем, не имеющих центральной звезды или звёзд.

[vika vorobyeva]

Ещё интереснее механизм образования такой штуки.

Я думаю, механизм образования самый обычный - как у маломассивных двойных звезд. Т.е. гравитационная неустойчивость одного из небольших ядер гигантского молекулярного облака.
Кстати, более массивный компонент пары еще может оказаться ОЧЕНЬ маломассивной звездной ГП (его масса близка к пределу Кумара).

[Fortunatus_]

По поводу источника света для фотосинтеза - а как насчёт полярных сияний? Если спутник имеет достаточно мощную атмосферу и движется в радиационном поясе карлика, они должны быть достаточно яркими. На Земле они достигают яркости полной Луны, там могут быть еще ярче. Притом свет излучается в узких линиях и может быть конвертирован с более высоким КПД, чем тепловой солнечный.