Этот вопрос был вдохновлен:
Различна ли граница между планетарной массой и звездной массой?
Другими словами, если взять планетарное тело коричневого карлика с почти 75
(ссылка в формате PDF), если добавить к нему, например, один килограмм , то запустит ли он ядерный синтез, как если бы «кто-то щелкнул выключателем»? (За неимением лучшей аналогии.)
Да, я знаю о многих других факторах, например, о составе (экзо)планеты коричневого карлика, слоях стратификации, внутренней структуре и т. д.
И наоборот, если это не резкая граница, то что же происходит внутри планетарных тел коричневых карликов в 70-75
массовый диапазон?
Изучив ссылку в формате PDF, которую я дал выше (от профессора Тейлора), и ответ Роба ниже, я заметил, что моя первоначальная терминология была ошибочной. «Коричневый карлик» — подходящий термин вместо «планетарное тело». Также обратите внимание, что экзопланета «в 10 раз больше Юпитера» приближается к пределу размера «планеты».
Основная физика здесь заключается в том, что теорема вириала говорит нам, что по мере того, как протопланета/звезда излучает энергию, она сжимается, и ее внутренности становятся более горячими. В конце концов она станет либо достаточно горячей, чтобы начать ядерный синтез, либо достаточно плотной, чтобы вырождение электронов поддерживало звезду, и она могла охлаждаться оттуда, не нагреваясь в середине.
Есть как минимум четыре причины, по которым эта граница между звездой и планетой немного размыта.
Ядерный синтез у разных видов начинается при совершенно разных температурах. Дейтерий и литий плавятся при более низких температурах, чем водород. Это означает, что объекты с меньшей массой (около 13 и 60 масс Юпитера соответственно) будут сливаться с этими видами. Однако по соглашению их не называют звездами, потому что численность этих видов слишком мала, чтобы обеспечить достаточную мощность, чтобы остановить сжатие (см. Ниже).
(И я думаю, что это отвечает на основные моменты вашего вопроса) Ядерный синтез не включается, как выключатель света. Участвуют протоны в высокоэнергетическом хвосте распределения Максвелла-Больцмана, и это непрерывное распределение. При любой конкретной энергии популяция «подходящих» протонов зависит от температуры. Однако это крутая функция температуры (например, для цепи pp), так что в некоторых отношениях начало синтеза внезапное, но не мгновенное. Точка, в которой звезда становится звездой, не так четко определена. В звездах, подобных Солнцу, можно использовать точку, в которой радиус перестает уменьшаться, когда ядерный синтез поставляет всю энергию, излучаемую звездой. Но иногда используется критерий, говорящий, что 99% светимости звезды должно исходить от синтеза. В любом случае, есть объекты с массой чуть ниже этой границы, в которых происходят реакции синтеза, но только со скоростью, которая замедляет сжатие и не полностью обеспечивает светимость объекта. Такие объекты будут продолжать сжиматься, становиться более плотными и в конечном итоге будут поддерживаться давлением вырождения электронов. Оттуда,
Пороговая масса для перехода к объекту, который может дать всю свою светимость за счет синтеза, зависит от состава объекта. Объекты с низкой металличностью имеют более высокую пороговую массу. Разница небольшая, но не заметная. Порог, вероятно, составляет около 80 масс Юпитера для объектов с низкой металличностью.
Многие не сочли бы снижение массы ниже некоторого порога хорошим определением «планеты». Действительно, в то время как многие астрономы называют объекты между порогами горения дейтерия и водорода «коричневыми карликами», а не планетами, другие утверждают, что процесс формирования (вокруг звезды и, возможно, с каменистым или ледяным ядром) должен быть определяющим. планетарные особенности. Это действительно размытие границы между планетой и коричневым карликом, хотя это означает, что, вероятно, границы между планетой и звездой вообще нет!
Начало плавления не имеет идеально резкой температурной границы. По мере повышения температуры это постепенно начнется, когда (несколько) самых быстрых атомов в распределении скоростей будут иметь достаточную энергию. (Он должен быть довольно резким из-за гауссового спада распределения.)