Коричневый карлик

Разделы:

Кори́чневые ка́рлики, или бу́рые ка́рлики («субзвёзды», или «химические звёзды»), — субзвёздные объекты (с массами в диапазоне от 0,012[1][2] до 0,0767[3][4]массы Солнца, или, соответственно, от 12,57 до 80,35 массы Юпитера). Как и в звёздах, в них идут термоядерные реакции ядерного синтеза на ядрах лёгких элементов (дейтерия, лития, бериллия, бора), но, в отличие от звёзд главной последовательности, вклад в тепловыделение таких звёзд ядерной реакции слияния ядер водорода (протонов) незначителен, и после исчерпания запасов ядер лёгких элементов термоядерные реакции в их недрах прекращаются, после чего они относительно быстро остывают, превращаясь в планетоподобные объекты, то есть такие звёзды никогда не находятся на главной последовательности Герцшпрунга — Рассела [5][6]. В коричневых карликах, в отличие от звёзд главной последовательности, также отсутствуют шаровые слои лучистого переноса энергии — теплоперенос в них осуществляется только за счёт турбулентной конвекции, что обуславливает однородность их химического состава по глубине.

Коричневый карлик (меньший объект), вращающийся вокруг звезды Gliese 229, которая расположена в созвездии Зайца примерно в 19 световых годах от Земли. Коричневый карлик Gliese 229B имеет массу от 20 до 75 масс Юпитера.

Содержание

1 История
2 Теория
3 Происхождение
4 Наблюдения
- 4.1 Технологии наблюдения
- 4.2 Основные вехи и достижения
5 Планеты вокруг коричневых карликов
- 5.1 Обитаемость
6 Спектральные классы коричневых карликов
7 Самые известные коричневые карлики
8 В литературе и искусстве
9 См. также
10 Примечания
11 Литература
12 Ссылки

История

Коричневые карлики были первоначально названы чёрными карликами и классифицировались как тёмные субзвёздные объекты, свободно плавающие в космическом пространстве и имеющие слишком малую массу, чтобы поддерживать стабильную термоядерную реакцию. В настоящее время термин «чёрный карлик» имеет совсем другое значение.

В ранних моделях строения звёзд считалось, что для протекания термоядерных реакций масса звезды должна быть хотя бы в 80 раз больше массы Юпитера (или 0,08 массы Солнца). Гипотеза о существовании плотных звездоподобных объектов с массой меньше указанной (коричневые карлики) была выдвинута в начале 1960-х годов. Считалось, что образование их протекает во многом подобно образованию обычных звёзд, но обнаружить их очень сложно, так как они практически не испускают видимого света. Наиболее сильное излучение коричневых карликов наблюдается в инфракрасном диапазоне.

Но на протяжении нескольких десятилетий наземные телескопы, работающие в этом диапазоне, имели слишком низкую чувствительность и поэтому были неспособны обнаружить коричневые карлики. Позднее было выдвинуто предположение, что в зависимости от компонентов, участвующих в формировании звезды, критическая масса, необходимая для протекания такого же, как и в обычной звезде, термоядерного синтеза гелия с участием водорода, составляет 75 масс Юпитера. Субзвёздные объекты, достаточно быстро сформировавшиеся сжатием туманности, могут иметь массу меньше 13 масс Юпитера. В них вообще исключено протекание каких-либо термоядерных реакций.

С 1995 года, когда было впервые подтверждено существование коричневого карлика, было найдено более сотни подобных объектов. Считается, что они составляют большинство космических объектов в Млечном Пути. Самые близкие из них к Земле — два карлика в системе Луман 16, находящиеся на расстоянии 6,5 световых лет от Солнца в созвездии Паруса, одиночный карлик WISE 1506+7027 в созвездии Малая Медведица (11,1 св. лет), обращающиеся друг вокруг друга компоненты B и C в тройной системе ε Индейца (12 св. лет), коричневый карлик в двойной системе SCR 1845-6357 в созвездии Павлина (12,6 св. лет) и UGPS 0722-05 в созвездии Единорога (13,4 св. лет).

В 2006 году при наблюдении за зоной интенсивного звёздообразования в Туманности Ориона впервые удалось непосредственно измерить массы двух коричневых карликов в затменно-переменной двойной системе Гевелий 240, которые оказались равны 5,5 % и 3,5 % от массы Солнца[7].

Теория

Сравнительные размеры коричневых карликов Глизе 229B и Тейде 1 с Юпитером и Солнцем.

Коричневый карлик формируется из глобулы, при сжатии его, как и в случае формирование звезды, выделяется теплота, разогревающая центральную часть протозвезды. Начинаются ядерные реакции, которые в случае более тяжёлого объекта должны обеспечить поддержание стабильной температуры ядра в течение миллиардов (для красных карликов — триллионов — лет. Однако тепловыделение в случае с более лёгким объектом недостаточно (в реакцию вступает дейтерий, но скорость реакции водорода не достигает нужной), и продолжает компенсироваться из гравитационного сжатия. Коричневый карлик продолжает сжиматься, температура его ядра падает, поверхность остывает в течение всей эволюции объекта. Критическая масса, выше которой начавшиеся реакции выводят звезду на главную последовательность, зависит в том числе от прозрачности вещества, то есть и от состава. Поэтому предел Кумара в 0,0767 солнечной массы относится к звезде обычного состава, а обогащение тяжёлыми элементами сдвигает границу между красным и коричневым карликом ниже. На ранних этапах эволюции коричневый карлик может мало отличаться по виду от поздних красных карликов, что усложняет классификацию[8][9].

Различия между тяжёлыми коричневыми карликами и лёгкими звёздами

Литий: коричневые карлики, в отличие от звёзд с малой массой, содержат литий [10]. Это происходит из-за того, что звёзды, имеющие достаточную для термоядерных реакций температуру, быстро исчерпывают свои первоначальные запасы лития. При слиянии ядра лития-7 и свободного протона образуются два ядра гелия-4. Температура, необходимая для этой реакции, немного ниже, чем температура, при которой возможен термоядерный синтез с участием водорода. Конвекция в звёздах является причиной полного истощения запасов лития, который из холодных наружных слоёв постепенно попадает в горячие внутренние и там «сгорает» в термоядерных реакциях. Следовательно, наличие литиевых линий в спектрах кандидатов на коричневые карлики является хорошим признаком их субзвёздной структуры. Такой подход к различению коричневых карликов и звёзд с малой массой впервые был предложен Рафаэлем Реболо и его коллегами и получил название «литиевый тест».

В то же время литий присутствует в составе очень молодых звёзд, не успевших ещё сжечь его. Более тяжёлые звёзды, такие как наше Солнце, содержат литий в верхних слоях атмосферы, которые слишком холодны для реакций с его участием. Но такие звёзды легко отличимы от коричневых карликов по размеру.
С другой стороны, тяжёлые коричневые карлики (порядка 65—80 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ ) способны истощить запасы лития в начальные периоды своей жизни, то есть примерно за полмиллиарда лет. Таким образом, «литиевый тест» не совершенен.

Метан: в отличие от звёзд, некоторые коричневые карлики на заключительном периоде своего существования достаточно холодны, чтобы за долгое время накопить в своей атмосфере обозримое количество метана. Примером может служить Gliese 229.

Яркость: звёзды главной последовательности, остывая, в конечном итоге достигают минимальной яркости, которую они могут поддерживать стабильными термоядерными реакциями. Это значение яркости в среднем составляет минимум 0,01 % яркости Солнца. Коричневые карлики остывают и тускнеют постепенно на протяжении своего жизненного цикла. Достаточно старые карлики становятся слишком тусклыми, чтобы считаться звёздами.

Различия между малыми коричневыми карликами и большими планетами

Отличительным свойством коричневых карликов является то, что они имеют радиус, приблизительно равный радиусу Юпитера. В массивных коричневых карликах (60—80 MJ{displaystyle M_{J}}

$M_{J}$ ) определяющую роль, как и в белых карликах, играет давление вырожденного электронного газа (ферми-газа). Объём лёгких коричневых карликов (12,57—20 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ ) определяется действием закона Кулона. Результатом всего этого является то, что радиусы коричневых карликов различаются всего на 10—15 % для всего диапазона масс. Из-за этого отличить их от планет достаточно трудно.

Кроме того, многие коричневые карлики не способны поддерживать термоядерные реакции. Лёгкие (до 20 MJ{displaystyle M_{J}}

$M_{J}$ ) — слишком холодны, и в них невозможны даже реакции с участием дейтерия. Более тяжёлые могут поддерживать реакции с дейтерием и литием на протяжении 10 миллионов лет[11]. В самых тяжёлых коричневых карликах (массой больше 70 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ ) могут временно происходить возгорание водорода на протяжении от 1 до 10 миллиардов лет. Потом коричневые карлики остывают и тем самым теряют способность к термоядерному синтезу[12].

Но всё же существуют способы отличить коричневый карлик от планеты:

Измерение плотности. Все коричневые карлики имеют приблизительно одинаковый радиус и объём. Следовательно, объект с массой более 10 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ скорее всего не является планетой. Но этот критерий не является достаточно удовлетворительным, потому что молодые объекты до 20 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ имеют размеры намного больше юпитерианских (пример — HD 100546 b). С другой стороны, планеты тоже увеличивают плотность и уменьшают размер в зависимости от массы и времени эволюции.
Наличие рентгеновского и инфракрасного излучения. Некоторые коричневые карлики излучают в рентгеновском диапазоне. Все «тёплые» карлики излучают в красном и инфракрасном диапазонах, пока не остынут до температуры, сопоставимой с планетарной (до 1000 K). Но этот критерий тоже не является удовлетворительным, потому что массивные планеты тоже излучают больше, чем поглощают, тоже излучают преимущественно в инфракрасном диапазоне, и сходно с коричневыми карликами могут излучать рентгеновские лучи вспышками (например, Юпитер).

На основании этого можно считать, что коричневые карлики составляют новый класс планетарных объектов — продолжение сверхюпитеров, так как они обладают всеми теми признаками, которые есть у планет.

Звёзды, коричневые карлики и планеты: сравнительные характеристики[13]
Тип объекта	Масса (MSol{displaystyle M_{text{Sol}}} $M_{text{Sol}}$ )	Термоядерный синтез		Наличие
Тип объекта	Масса (MSol{displaystyle M_{text{Sol}}} $M_{text{Sol}}$ )	H → He	D → He	Li	D
Красные карлики	0,1—0,075	Длительный	Непродолжительный	Нет	Нет
Коричневые карлики	0,075—0,065	Непродолжительный	Непродолжительный	Есть	Нет
Коричневые карлики	0,065—0,013	Нет	Непродолжительный	Есть	Нет
Планеты	< 0,013	Нет	Нет	Есть	Есть

Вращение карликов

Все открытые коричневые карлики имеют быстрое вращение — от часа до нескольких десятков часов на полный оборот. К примеру, троица самых быстровращающихся карликов достигает экваториальной скорости 360 000 км/ч, и довольно близко подошла к теоретическому пределу, за которым небесное тело должно быть разрушено центробежной силой, и который больше наблюдаемого на 50-80%. Быстрое вращение карликов объясняют отсутствием у них механизмов передачи вращающего момента, существующего у звёзд[14]. К примеру, Солнце, имеющее период обращения на экваторе 25 дней и экваториальную скорость 7284 км/ч[15], передаёт момент вращения через магнитное поле: вращающееся вместе с Солнцем поле отклоняет движение протонов солнечного ветра по направлению вращения. Тем самым скорость вращения Солнца по мере его эволюции всё больше замедляется[16].

Происхождение

Один из механизмов происхождения коричневых карликов схож с планетарным. Коричневый карлик формируется в протопланетном диске на его окраине. На следующем этапе их жизни они под воздействием окружающих звёзд выбрасываются в окружающее пространство их родительской звезды и образуют большую популяцию самостоятельных объектов[17][18].

Как и обычные звезды, коричневые карлики могут образовываться независимо от других объектов. Они могут формироваться по отдельности или в непосредственной близости от других звёзд. В 2015 году была изучена группа коричневых карликов, находящихся в процессе формирования, и некоторые из них демонстрировали такие же джеты, что и более массивные звезды, находящиеся в процессе формирования[19].

Наблюдения

В отличие от звёзд главной последовательности, минимальная температура поверхности которых составляет порядка 4000 К, температура коричневых карликов лежит в промежутке от 300 до 3000 К. В отличие от звёзд, которые сами себя разогревают за счёт идущего внутри них термоядерного синтеза, коричневые карлики на протяжении своей жизни постоянно остывают, при этом чем крупнее карлик, тем медленнее он остывает.

Свойства коричневых карликов, переходных между планетами и звёздами по массам, вызывают особый интерес астрономов. Год спустя после открытия первого объекта этого класса в атмосферах коричневых карликов были обнаружены погодные явления. Выяснилось, что коричневые карлики также могут иметь собственные спутники.

Файл:Астероидный диск вокруг коричневого карлика.jpg Астероидный диск вокруг коричневого карлика. Вид с гипотетической планеты с расстояния около 3 млн километров.

Последние наблюдения за известными коричневыми карликами выявили некоторые закономерности в усилении и ослаблении излучения в инфракрасном диапазоне. Это наталкивает на мысль о том, что коричневые карлики затянуты относительно холодными, непрозрачными облаками, скрывающими горячую внутреннюю область. Считается, что эти облака находятся в постоянном движении из-за сильных ветров, гораздо более сильных, чем известные штормы на Юпитере.

Технологии наблюдения

Коронографы. Часто используются для обнаружения наиболее тусклых объектов на фоне ярких видимых звёзд, включая Gliese 229 B.

Сенсорные телескопы, оснащённые ПЗС-матрицей, используются для поиска тусклых объектов в удалённых звёздных скоплениях, таких как Teide 1.

Широкопольные искатели позволяют обнаруживать одиночные тусклые объекты, такие как Kelu-1 (расстояние — 30 световых лет).

Основные вехи и достижения

В 1995 году обнаружен первый коричневый карлик. Тейде 1, объект спектрального класса M8 в скоплении Плеяд, был идентифицирован с помощью ПЗС-камеры в испанской обсерватории Роке-де-лос-Мучачос Канарского института астрофизики.

Обнаружен первый метановый карлик Глизе 229 B, вращающийся вокруг красного карлика Глизе 229 A (около 19 св. лет от Солнца). Обнаружение было выполнено с использованием адаптивной (самонастраивающейся) оптики, позволяющей улучшить качество снимков, сделанных при помощи полутораметрового рефлектора в Паломарской обсерватории в южной Калифорнии. Последующая инфракрасная спектроскопия, выполненная 5-метровым телескопом Хейла, показала изобилие метана в составе карлика.

В 1998 году был обнаружен первый коричневый карлик, излучающий рентгеновские лучи. Cha Halpha 1, объект спектрального класса M8 в тёмном облаке Хамелеон I, классифицирован как источник рентгеновского излучения схожий с конвективными звёздами позднего типа.
15 декабря 1999 года зафиксирована первая вспышка коричневого карлика в рентгеновском диапазоне. Группа учёных Университета Калифорнии при помощи телескопа Чандра наблюдала 2-часовую вспышку объекта LP 944-020 (60 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ , 16 св. лет от Солнца). Рентгеновские вспышки, зафиксированные в 1999 году, свидетельствуют о наличии у коричневых карликов изменяющихся магнитных полей, схожих с магнитными полями лёгких звёзд.
27 июля 2000 года зафиксировано первое излучение коричневого карлика в радиодиапазоне (дискретное и непрерывное). Наблюдения за объектом LP 944—020 производились группой студентов при помощи Очень большого массива радиотелескопов и их результаты были опубликованы в британском журнале Nature.
В 2005 году в созвездии Хамелеона в регионе звёздообразования Chameleon I были обнаружены коричневые карлики, у которых было подтверждено наличие аккреционного диска, что является характерным для молодых звёзд [20]. При помощи данных космических телескопов Спитцер и Хаббл, и наземного телескопа в этом регионе обнаружен коричневый карлик Cha 110913-773444. Объект расположен на расстоянии 500 световых лет от Солнца и может находиться в процессе формирования мини-солнечной системы. Астрономы из Университета Пенсильвании обнаружили нечто схожее с диском газа и пыли, сильно напоминающее протопланетный диск, из которого, как считается, образовалась наша Солнечная система. Cha 110913-773444 — самый маленький из известных на сегодняшний день коричневых карликов (8+7
−3 MJ{displaystyle M_{J}} $M_{J}$ ). Кроме того, если он действительно сформировал планетную систему, то он будет самым маленьким известным объектом, имеющим подобную систему[21].
В 2011 году было объявлено об обнаружении двух скоплений коричневых карликов в туманностях NGC 1333 (созвездие Персея, 1000 св. лет) и Ро Змееносца (созвездие Змееносца, 400 св. лет)[22].
В 2016 году в результате спектроскопического обзора APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) число известных коричневых карликов, являющихся компаньонами других звёзд, увеличилось с 41 до 112[23].
В марте 2017 года был обнаружен самый массивный из известных коричневых карликов — SDSS J0104+1535. Это очень древний астрономический объект, также являющийся карликом с самой низкой металличностью [24].

Планеты вокруг коричневых карликов

Супер-Юпитеры планетарной массы 2M1207B и 2MASS J044144, которые вращаются вокруг коричневых карликов на больших орбитальных расстояниях, могут быть образованы посредством аккреции, а не из газопылевого облака, и поэтому могут быть субкоричневыми карликами, а не массивными планетами. Первое открытие маломассивного спутника на орбите коричневого карлика (ChaHα8) при малом орбитальном расстоянии с помощью метода лучевых скоростей положило начало обнаружению планет вокруг коричневых карликов на орбитах в несколько астрономических единиц или меньше.[25][26] Однако соотношением масс между спутником и главным объектом ChaHα8 около 0,3 эта система больше напоминает двойную звезду. Позже, в 2013 году, на орбите коричневого карлика был обнаружен первый компаньон планетарной массы (OGLE-2012-BLG-0358L b) с относительно малой орбитой.[27] В 2015 году была найдена первая планета земной массы на орбите коричневого карлика, OGLE-2013-BLG-0723LBb, имеющая массу примерно как у Венеры.[28]

Обнаруженные диски вокруг коричневых карликов имеют многие из тех же функций, что и диски вокруг звёзд. Таким образом, предполагается, что из них с течением времени будут сформированы планеты, обращающиеся вокруг коричневых карликов.[29] Учитывая малую массу дисков коричневых карликов, большинство планет будет планетами земной группы, а не газовыми гигантами.[30] Если бы газовый гигант вращался вокруг коричневого карлика и Солнце лежало бы в плоскости его орбиты, то его легко было бы обнаружить транзитным методом, потому что они имеют примерно одинаковый диаметр[31]. Зона аккреции для планет вокруг коричневого карлика расположена очень близко к самому коричневому карлику, поэтому приливные силы будут оказывать большое влияние на сформированные планеты[30].

Планеты, вращающиеся вокруг коричневых карликов, вероятно, будут силикатными планетами с дефицитом воды. Исключение составляют сформированные на внешнем краю газопылевого диска планеты, которые в силу более низкой температуры аккреции теоретически могут сохранить часть воды в своём составе.[32]

Обитаемость

Была изучена обитаемость для планет, вращающихся вокруг коричневых карликов. Компьютерные модели показывают очень строгие условия для обитаемости подобных планет, поскольку обитаемая зона является узкой и уменьшается со временем из-за охлаждения коричневого карлика. Орбиты обитаемых планет должны обладать очень низким эксцентриситетом (порядка 10−6), чтобы избежать сильного приливного нагрева, который способен спровоцировать парниковый эффект, делающий планеты непригодными для жизни[33].

Поскольку коричневые карлики намного тусклее Солнца, планета земной массы должна иметь орбиту гораздо ближе, чтобы получить столько же тепла, сколько Земля получает от Солнца. Гипотетические обитаемые планеты вокруг коричневого карлика, вероятно, имеют орбитальный период не более, чем несколько земных дней. Обитаемая зона коричневого карлика представляет собой область пространства вокруг коричневого карлика, где температура не слишком высокая и не слишком низкая для того, чтобы жидкая вода существовала на поверхности планеты земной массы. Так как коричневый карлик остывает и тускнеет с течением времени, его обитаемая зона будет аналогично сжиматься внутрь. Планета вокруг коричневого карлика может изначально быть слишком горячей, чтобы поддерживать жизнь. Но по мере того как обитаемая зона будет сжиматься вместе с охлаждением коричневого карлика, планета впоследствии окажется в обитаемой зоне, где температура будет подходящей. По мере того, как обитаемая зона продолжит сокращаться, планета будет в конечном итоге смещаться к внешнему краю и выйдет из обитаемой зоны, когда температура станет слишком холодной для жизни на поверхности.

Развитие простейшей или даже сложной жизни на планете земной массы, вращающейся вокруг коричневого карлика, как ожидается, во многом зависит от того количества времени, которое планета проведёт в пределах обитаемой зоны или «зоны Златовласки». На Земле для появления простейшей жизни потребовалось не менее 0,5 миллиарда лет, в то время как появление сложной многоклеточной жизни, возможно, заняло примерно 3 миллиарда лет. В результате планета должна достаточно долго находиться в сжимающейся обитаемой зоне коричневого карлика, чтобы простейшая жизнь или даже продвинутые формы жизни успели развиться. Andreeshchev и Scalo (2002) рассчитали, что планета на близкой орбите вокруг коричневого карлика 0,07 солнечной массы может находиться в пределах обитаемой зоны до 10 миллиардов лет. Продолжительность периода обитаемости уменьшается для коричневых карликов меньшей массы. Например, планета вокруг коричневого карлика 0,04 солнечной массы может оставаться пригодной для жизни на срок не более 4-х миллиардов лет.[34]

Спектральные классы коричневых карликов

Несмотря на то, что коричневые карлики не способны поддерживать термоядерные реакции в течение миллионов или миллиардов лет так, как это делают звёзды, в какой-то момент жизни они всё же это делают. Температура поверхности коричневых карликов варьируется в зависимости от массы и возраста коричневого карлика от планетной до температуры звёзд нижней части класса M. Поэтому для коричневых карликов были выделены специальные спектральные классы: L и T. В качестве теории выделялся ещё более холодный спектральный класс Y, позднее был обнаружен ряд объектов, соответствующих этому классу[35]. Спектральный класс коричневых карликов постепенно сдвигается в сторону более холодного: коричневые карлики остывают, причём чем более массивен коричневый карлик, тем медленнее он остывает.

Спектральный класс M

Художественное изображение M-карлика

Коричневые карлики, близкие по массе к красным карликам, на ранних стадиях после формирования могут иметь спектральный класс M6.5 или тусклее. Такие звезды также иногда называют «поздние М-карлики» (англ. late-M dwarfs). Остывая (а их остывание может занять 10 миллиардов лет[34]), они постепенно переходят в более характерный для коричневых карликов класс L.

Спектральный класс L

Художественное изображение L-карлика.

Главной особенностью спектрального класса M, самого холодного спектрального класса звёзд главной последовательности, является наличие полос поглощения таких соединений, как оксид титана (II) и оксид ванадия (II). Тем не менее после обнаружения коричневого карлика GD 165 B, который, в свою очередь, вращается вокруг белого карлика GD 165 A, было установлено, что его спектр не имеет линий поглощения этих соединений.Последующие исследования спектра дали возможность выделить новый спектральный класс L[36]. В плане спектральных линий он совсем не похож на M. В красном оптическом спектре линии оксидов титана и ванадия всё ещё были сильны, но также были и сильные линии гидридов металлов, например FeH, CrH, MgH, CaH. Также были сильные линии щелочных металлов и йода.

По данным на апрель 2005 года было обнаружено уже свыше 400 карликов класса L.

Спектральный класс T

Художественное изображение T-карлика

GD 165 B является прототипом L-карликов. Аналогично, коричневый карлик Глизе 229 B является прототипом второго нового спектрального класса, который назвали T-карликом. В то время как в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне спектра L-карликов преобладают полосы поглощения воды и монооксида углерода (CO), в БИК-спектре Глизе 229 B доминируют полосы метана (CH4). Подобные характеристики до этого вне Земли были обнаружены только у газовых гигантов Солнечной системы и спутника Сатурна Титана.В красной части спектра вместо полос FeH и CrH, характерных для L-карликов, наблюдаются спектры щелочных металлов — натрия и калия.

Эти различия позволили ввести отдельный спектральный класс T, в первую очередь на основе линий метана. Из-за наличия метана в составе звезды этот класс также называют иногда «метановыми карликами»[37].

Согласно теории, L-карликами могут являться очень маломассивные звёзды и массивные коричневые карлики. T-карликами могут являться только сравнительно маломассивные коричневые карлики. Масса T-карлика обычно не превышает 7 % от массы Солнца или 70 масс Юпитера. По своим свойствам карлики класса T схожи с газовыми планетами-гигантами. Температура их поверхности составляет порядка 700—1300 К. На ноябрь 2010 года обнаружено порядка 200 коричневых карликов спектрального класса T[37].

Благодаря влиянию спектра молекулярных соединений и спектров натрия и калия, которые сильно выделяют также зелёную часть спектра T-карликов, наблюдатель бы увидел такой объект не бурым, а скорее розовато-синим[38][39]. В ноябре 2010 года была впервые обнаружена двойная система, состоящая из «метанового карлика» ULAS 1459+0857 и белого карлика LSPM 1459+0857 [37].

Спектральный класс Y

Художественное изображение Y-карлика WISE 1828+2650.

Этот спектральный класс долгое время существовал только в теории. Он был смоделирован для ультра-холодных коричневых карликов [40]. Температура поверхности коричневых карликов теоретически должна была быть ниже 700 K (или 400 °C), что делало такие коричневые карлики невидимыми в оптическом диапазоне, а также существенно более холодными, чем «горячие юпитеры».

В 2011 году группа учёных заявила об обнаружении коричневого карлика CFBDSIR 1458+10 B с температурой поверхности 97±40 °C[41][42].

Другие холодные коричневые карлики: (CFBDS J005910.90-011401.3, ULAS J133553.45+113005.2 и ULAS J003402.77−005206.7) имеют температуру поверхности 500—600 К (200—300 °C) и относятся к спектральному классу Т9. Спектр их поглощения — на уровне длины волны в 1,55 мкм (инфракрасная область)[43].

В августе 2011 года американские астрономы сообщили об открытии семи ультрахолодных коричневых карликов, эффективные температуры которых лежат в диапазоне 300—500 К: WISE J014807.25−720258.8,WISE J041022.71+150248.5, WISE J140518.40+553421.5,WISE J154151.65−225025.2, WISE J173835.52+273258.9,WISE J1828+2650 и WISE J205628.90+145953.3. Из них только WISE J0148−7202 был отнесён к классу Т9.5, а остальные — к классу Y. Температура WISE 1828+2650 ~ 25 °C. Коричневый карлик WISE 1541-2250 спектрального класса Y0,5 находится в 18,6 св. годах (5,7 пк) от Солнца[44].

Основным критерием, который отделяет спектральный класс Т от Y, считается наличие полос поглощения аммиака в спектре. Однако сложно идентифицировать, есть там эти полосы или нет, так как поглощать могут также такие вещества как метан и вода.

Самые известные коричневые карлики

2M1207 — первый из обнаруженных коричневых карликов со спутником.
Cha 110913-773444 — самый маленький коричневый карлик, являющийся центром газопылевого облака (более лёгкие газовые объекты уже относятся к классу планемо или экзопланет)[20].
WISE 1828+2650 — самый холодный из известных коричневых карликов. Его температура — всего 25 °C[45][46].

В литературе и искусстве

В романе «Туманность Андромеды» И. Ефремова земной корабль «Тантра» попадает на подобную систему всего в двух световых годах от Солнца и встречает там агрессивную жизнь. Однако Ефремов находился в контексте современных ему астрофизических представлений, описывая массивную звезду, термоядерные реакции в которой в результате синтеза ядер «от водорода до железа» образовали «железную звезду».
В романе Карла Шрёдера [en] «Неизменность» (K. Schroeder, «Permanence») коричневый карлик использован как фон для этого научно-фантастического произведения.
В романе Айзека Азимова «Немезида» коричневый карлик Мегас входит в двойную звёздную систему красного карлика Немезиды и Мегаса. На спутнике Мегаса Эритро существует азотно-кислородная атмосфера и жизнь. Коричневый карлик излучает достаточно энергии в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, чтобы на планете, обращающейся вокруг звезды на низкой орбите, могла возникнуть жизнь.
В романе Питера Уоттса «Ложная слепота» блуждающий коричневый карлик «Большой Бен», находящийся за орбитой Плутона, является средой обитания для формы жизни, называющей себя «Роршах».
В рассказе Георгия Гуревича «Инфра Дракона» коричневый карлик находится на расстоянии семи световых суток от Солнца и имеет температуру атмосферы около +10°С. На неё отправляется экспедиция на нерелятивистском корабле (полёт до коричневого карлика занял 14 лет), которая обнаруживает жизнь (возможно разумную) в его гидросфере.
В романе Джека Макдевита «Искатель» коричневый карлик, проходя через планетную систему, увлёк за собой планету, которая стала обращаться вокруг него, и на ней даже спустя 9000 лет существовала колония землян.