Это потрясающее изображение звездного скопления в Малом Магеллановом Облаке (ММО) – больше, чем просто красивая картинка. Это часть научных усилий по пониманию звездообразования в окружающей среде, отличной от нашей. Молодое звездное скопление называется NGC 602, оно очень молодое, ему всего около 2 или 3 миллионов лет.
Это изображение соответствует стандарту, установленному JWST. NGC 602 расположена в туманности из разноцветного газа и пыли. Множество энергичных звезд скопления освещают туманность изнутри, тогда как ее внешние края темны. Скопление богато ионизированным газом, что позволяет предположить, что звездообразование все еще происходит.
Скопление отличается от нашего региона космоса. Это среда с низкой плотностью и меньшей металличностью, чем в нашем регионе. Металличность влияет на нагрев и охлаждение газа, и в целом, чем больше металлов, тем больше тепла они поглощают, сохраняя газ, образующий звезду, более прохладным. Поскольку звезды образуются из более холодного газа, ожидается, что металличность будет способствовать звездообразованию.
Но есть много вопросов, в том числе, как коричневые карлики вписываются в этот сценарий. Образуются ли они, как и другие звезды, в результате коллапса гигантских молекулярных облаков? Или они возникают, как планеты, в результате фрагментации околозвездных дисков?
Новое исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, изучило NGC 602 с помощью JWST и сообщило о первом открытии популяции коричневых карликов за пределами Млечного Пути. Он называется «Открытие подсолнечных кандидатов на металличность в виде коричневых карликов в Малом Магеллановом облаке». Ведущий автор — Питер Зейдлер из AURA/STScI Европейского космического агентства.
Коричневых карликов иногда называют планетарами или гиперджовианами, потому что они более массивны, чем планеты, но недостаточно массивны, чтобы быть звездами. Их часто называют объектами субзвездной массы. По какой-то причине во время своего формирования им не удается притянуть достаточно массы, чтобы вызвать слияние и превратиться в полноценные звезды. Их идентификация в среде с низкой металличностью дает возможность понять коричневые карлики и звездообразование в целом в другой среде.
![Представление художника о коричневом карлике. Коричневые карлики более массивны, чем Юпитер, но менее массивны, чем самые маленькие звезды главной последовательности. Их темнота и малая масса затрудняют их обнаружение. Изображение: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех ( [Public domain]через Викисклад](/wp-content/uploads/2024/06/Artist’s_conception_of_a_brown_dwarf_like_2MASSJ22282889-431026-1024x576.jpg "«Уэбб» обнаружил богатую популяцию коричневых карликов за пределами Млечного Пути")
«Только благодаря невероятной чувствительности и разрешению в нужном диапазоне длин волн мы можем обнаруживать эти объекты на таких больших расстояниях», — сказал ведущий автор Зейдлер. «Это никогда не было возможно раньше и останется невозможным в обозримом будущем, даже при наличии наземных телескопов».
«На данный момент нам известно около 3000 коричневых карликов, но все они живут в нашей собственной галактике», — добавила член команды Елена Манджавакас из AURA/STScI Европейского космического агентства.
Космический телескоп «Хаббл» сыграл свою роль в этой работе, и это не первый случай, когда два космических телескопа создают ценную научную синергию благодаря своему сотрудничеству.
«Это открытие подчеркивает возможности использования Хаббла и Уэбба для изучения молодых звездных скоплений», — сказала член команды Антонелла Нота, исполнительный директор Международного института космических наук в Швейцарии и бывший научный сотрудник проекта Уэбба в ЕКА. «Хаббл показал, что в NGC602 есть очень молодые звезды малой массы, но только с Уэббом мы сможем, наконец, оценить масштабы и важность формирования субзвездной массы в этом скоплении. «Хаббл и Уэбб — невероятно мощный дуэт телескопов!»
Исследователи обнаружили в скоплении 64 кандидата в коричневые карлики. Они имели массу от 0,05 до 0,08 массы Солнца (50-84 массы Юпитера) и располагаются вместе со звездами главной последовательности. Низкая плотность звезд в звездном скоплении помогла JWST распознать отдельные объекты. Наблюдения важны для изучения подсолнечной функции масс при низких металличностях.
Концепция начальной функции масс (IMF) занимает центральное место в теории звездообразования. Это похоже на рецепт, который говорит нам, сколько звезд разной массы сформируется в области звездообразования. ММП обычно следует степенному закону, а это означает, что образуется больше звезд с малой массой, чем звезд с большей массой. Обычно он имеет широкий пик с центром в массе звезды промежуточной массы.
Обычно звезды с массой менее одной звезды составляют около 70% первоначального бюджета массы в регионе. Но даже небольшие отклонения средней массы могут оказать серьезное влияние на эволюцию звездного скопления. Звездное излучение молодых звезд может влиять на среднюю массу за счет повышения температуры звездного газа. Есть свидетельства того, что средняя масса смещается в сторону более высоких масс при повышении начальной температуры.
Данные этой работы показывают, что маломассивные объекты в NGC 602 значительно ниже характерной массы. Коричневые карлики имеют массу от 0,048 до 0,08 массы Солнца или от 50 до 84 масс Юпитера. Поскольку эти коричневые карлики расположены рядом с молодыми звездами до главной последовательности скопления, это позволяет предположить, что они образовались синхронно. Это указывает на то, что функция звездных масс продолжается в субзвездном диапазоне масс.
В отличие от других подобных исследований, команде удалось точно измерить возраст коричневых карликов. Обычно трудно изучать ММП ниже предела сгорания водорода, поскольку объекты без термоядерного синтеза постоянно охлаждаются. Это затрудняет астрономам оценку массы объекта, поскольку эффективная температура постоянно меняется.
Но, обнаружив этих коричневых карликов вместе со звездами, горящими водородом, Зейдлер и его коллеги нашли способ обойти проблему. Это показывает, что коричневые карлики примерно того же возраста, что и звезды. Это означает, что коричневые карлики и звезды главной последовательности дают представление о ММП и субзвездном ММП.
Это первоначальное исследование — лишь их первый шаг, и они намерены копать глубже.
«Точный выбор возраста вместе с превосходной чувствительностью и калибровкой JWST позволит нам в предстоящих работах надежно исследовать функцию субзвездных масс, значительно ниже оборота ММП», — пишут авторы.
Цель — понять, как образуются коричневые карлики. Если они смогут подробно изучить подзвездный ММП, они смогут определить, является ли он продолжением звездного ММП. Тогда исследователи смогут ответить на важный вопрос, оставшийся без ответа: образовались ли эти объекты в результате фрагментации и коллапса гигантских молекулярных облаков, как это происходит со звездами? Или они возникают, как планеты, в результате фрагментации околозвездных дисков?
В настоящее время у них есть только частичный ответ.
«Результаты этой работы позволяют предположить, что параллельная локализация с ПМС предполагает, что канал формирования КБД такой же, как и у их более массивных звездных аналогов, как и ожидалось из исследований близости к Солнцу: фрагментация и коллапс ГМК», — заключают авторы.
