Использование «Литиевого теста» для различения маломассивных звезд и коричневых карликов

«Литиевый тест» для коричневого карлика включает в себя измерение двух вещей — содержания лития и спектрального класса (показатель температуры поверхности) или светимости. Но вам также может понадобиться узнать (или предположить) что-то о возрасте объекта. Этот метод полезен, потому что следы маломассивных звезд и коричневых карликов очень близко сходятся в обычной плоскости зависимости светимости от Teff диаграммы Герцшпрунга-Рассела. В дополнение к значительной неопределенности в размещении этих треков действительно необходимо знать возраст объекта , чтобы его светимость или Teff привели к хотя бы грубой оценке массы, и, следовательно, проводится Li-тест.

Li полностью и быстро сгорает в полностью конвективном маломассивном объекте, как только температура ядра достигает примерно 3 миллионов градусов. Время, необходимое сжимающейся звезде до главной последовательности (или некоторым коричневым карликам), чтобы достичь этой температуры, зависит от массы. Это занимает около 20 миллионов лет при массе 0,2 солнечной, около 120 миллионов лет при массе 0,075 солнечной (примерно граница между звездами и коричневыми карликами, которые никогда не станут достаточно горячими, чтобы синтезировать водород), и если масса объекта меньше 0,06 солнечной массы , он никогда не избавится от своего Ли. Физика этого процесса хорошо изучена, и поэтому он стал очень полезным и надежным инструментом для оценки массы и возраста.

В то же время, когда это происходит, температура поверхности и светимость также являются диагностическими признаками массы, но в зависимости от возраста. Спектральный класс M7 находится на пределе коричневых карликов с возрастом около 120 млн лет, но аналогичный спектральный класс у более старого и более яркого объекта означал бы, что он был более массивным.

Исторически тогда тест Ли применялся к маломассивным объектам в скоплении Плеяды (см. Реболо и др., 1996 ), возраст которых составляет около 120 млн лет. Объекты со спектральными классами холоднее M7 в этом возрасте должны быть коричневыми карликами. Это было подтверждено обнаружением Ли в их атмосферах.

Тест Ли не является полностью однозначным индикатором того, является ли объект неизвестного возраста звездой или коричневым карликом. И звезды, и коричневые карлики могут иметь спектральные классы M6.5-L2, но звезда одного и того же спектрального класса будет старше. Если вы измерили светимость (или спектральный класс) объекта и знаете, есть ли в нем литий или нет, то это дает ограничение как на массу, так и на возраст. На приведенной ниже диаграмме от Basri et al. (1998) , я думаю, настолько ясно, насколько это возможно.

Более-менее диагональные кривые — это траектории, по которым эволюционируют маломассивные звезды и коричневые карлики с обозначенной массой (с возрастом остывают). Область, заштрихованная по диагонали, показывает область графика зависимости температуры от возраста, где ожидается истощение лития. Я пометил эквивалентные спектральные типы. Заштрихованная (пунктирная) область отмечает, где присутствие лития гарантирует , что у вас есть коричневый карлик с массой$<$0,075 массы Солнца.

Таким образом, объект M6.5 с Li может быть либо коричневым карликом, либо звездой моложе примерно 140 млн лет, но объект M6.5 без Li является звездой. Карлик M8 с Li - это коричневый карлик с возрастом менее 200 млн лет, но карлик M8 без Li может быть либо более массивным коричневым карликом с возрастом чуть более 200 млн лет, либо более старой маломассивной звездой. В спектральном классе L0-L2 объект с Li будет коричневым карликом, если его возраст меньше 500-1000 млн лет, но все же может быть коричневым карликом с массой более 0,06 массы Солнца с возрастом чуть старше этого. или еще более старая звезда с малой массой. Объекты холоднее L2 всегда являются коричневыми карликами и всегда содержат Li, но этот тест может не пройти при гораздо более низких температурах (холоднее, чем примыкает к L8), потому что атомы Li образуют молекулы LiCl и LiOH, атомная линия Li I на 6708A исчезает из спектра,

Похожую диаграмму можно построить со светимостью по оси ординат, и это на самом деле более надежно, так как истощение лития как функцию светимости гораздо легче предсказать, чем поведение эффективной температуры, которая во многом зависит от деталей диаграммы. атмосфера. Конечно, чтобы измерить светимость, вам нужно расстояние до объекта.

В настоящее время присутствие Li в атмосфере маломассивных объектов скорее используется как показатель возраста, а не массы. Например, если увидеть Li в объекте M7, то он, вероятно, моложе 120 млн лет (и наоборот). Предсказание истощения лития, особенно в зависимости от светимости или спектрального типа, считается более надежным, чем предсказание положения такого объекта на диаграмме HR. Это составляет основу метода определения возраста границ истощения лития для скоплений.

Подводя итог .

1. Объект со спектральным классом М8 или холоднее с Li является подзвездным коричневым карликом.

2. Объект с Li, но более теплым спектральным классом должен быть коричневым карликом, если он моложе некоторого порогового возраста (например, около 50 млн лет для типа M6).

3. Объект моложе$\sim 150$Мир без Ли должна быть звездой.

4. Объект холоднее, чем спектральный класс L2, должен быть коричневым карликом независимо от того, есть ли в нем литий или нет.