Эта концепция художника изображает коричневого карлика W1935, который расположен в 47 световых годах от Земли. Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА обнаружили инфракрасное излучение метана, исходившее из W1935. Это неожиданное открытие, поскольку коричневый карлик холоден и у него нет родительской звезды; следовательно, не существует очевидного источника энергии, который мог бы нагреть верхние слои атмосферы и заставить светиться метан. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть вызваны процессами, порождающими полярные сияния, показанные здесь красным. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, Лия Хустак (STScI)
Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА обнаружили коричневого карлика (объект более массивный, чем Юпитер, но меньший, чем звезда) с инфракрасным излучением метана, вероятно, из-за энергии в его верхних слоях атмосферы. Это неожиданное открытие, поскольку коричневый карлик W1935 холоден и у него нет родительской звезды; следовательно, нет очевидного источника энергии верхних слоев атмосферы. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть вызваны процессами, порождающими полярные сияния.
Эти результаты будут представлены на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане.
Чтобы помочь объяснить тайну инфракрасного излучения метана, команда обратилась к нашей Солнечной системе. Выбросы метана — общая черта газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Нагрев верхних слоев атмосферы, который приводит в действие это излучение, связан с полярными сияниями.
На Земле полярные сияния возникают, когда энергетические частицы, уносимые в космос от Солнца, захватываются магнитным полем Земли. Они ниспадают в нашу атмосферу вдоль линий магнитного поля вблизи полюсов Земли, сталкиваясь с молекулами газа и создавая жуткие танцующие завесы света. Юпитер и Сатурн имеют схожие полярные сияния, которые включают взаимодействие с солнечным ветром, но они также получают полярные сияния от близлежащих активных спутников, таких как Ио (для Юпитера) и Энцелад (для Сатурна).
Для изолированных коричневых карликов, таких как W1935, отсутствие звездного ветра, который способствовал бы полярному сиянию и объяснял дополнительную энергию в верхних слоях атмосферы, необходимую для выброса метана, остается загадкой. Команда предполагает, что либо неучтенные внутренние процессы, такие как атмосферные явления Юпитера и Сатурна, либо внешние взаимодействия либо с межзвездной плазмой, либо с ближайшей активной луной, могут помочь объяснить выбросы.
Детективная история
Открытие полярного сияния разыгралось как детектив. Команда под руководством Джеки Фаэрти, астронома из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке, получила время с телескопом Уэбба для исследования 12 холодных коричневых карликов. Среди них были W1935 — объект, который был обнаружен гражданским ученым Дэном Кэселденом, который работал с проектом Backyard Worlds Zooniverse, — и W2220, объект, который был обнаружен с помощью Wide Field Infrared Survey Explorer НАСА.
Уэбб в мельчайших деталях раскрыл, что W1935 и W2220 по составу кажутся близкими клонами друг друга. Они также имели схожую яркость, температуру и спектральные характеристики воды, аммиака, угарного газа и углекислого газа. Ярким исключением было то, что W1935 демонстрировал выделение метана, в отличие от ожидаемой особенности поглощения, которая наблюдалась у W2220. Это было замечено на определенной инфракрасной длине волны, к которой Уэбб уникально чувствителен.
«Мы ожидали увидеть метан, потому что метан повсюду в этих коричневых карликах. Но вместо того, чтобы поглощать свет, мы увидели прямо противоположное: метан светился. Моя первая мысль была: какого черта? Почему из этого объекта исходит излучение метана?» ?» — сказал Фаэрти.
Астрономы использовали космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА для изучения 12 холодных коричневых карликов. Два из них – W1935 и W2220 – оказались близкими близнецами друг друга по составу, яркости и температуре. Однако W1935 продемонстрировал выделение метана, в отличие от ожидаемой особенности поглощения, которая наблюдалась у W2220. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть вызваны процессами, порождающими полярные сияния. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, Лия Хустак (STScI)
Команда использовала компьютерные модели, чтобы сделать вывод о том, что может быть причиной выброса. Работа по моделированию показала, что W2220 имел ожидаемое распределение энергии по всей атмосфере, становясь все холоднее с увеличением высоты. С другой стороны, W1935 дал неожиданный результат. Лучшая модель предпочитала температурную инверсию, при которой атмосфера становилась теплее с увеличением высоты.
«Эта температурная инверсия действительно озадачивает», — сказал Бен Бернингем, соавтор из Университета Хартфордшира в Англии и ведущий разработчик модели. «Мы видели такого рода явление на планетах с близлежащей звездой, которая может нагревать стратосферу, но видеть это в объекте без очевидного внешнего источника тепла — это дикость».
Подсказки из нашей солнечной системы
В поисках подсказок команда изучила у нас на заднем дворе планеты нашей Солнечной системы. Планеты-газовые гиганты могут служить аналогом того, что происходит на расстоянии более 40 световых лет от Земли в атмосфере W1935.
Команда поняла, что температурные инверсии заметны на таких планетах, как Юпитер и Сатурн. Работа над пониманием причин нагрева стратосферы все еще продолжается, но ведущие теории Солнечной системы предполагают внешнее нагревание полярными сияниями и внутренний перенос энергии из более глубоких слоев атмосферы (первое объяснение является основным).
Кандидаты в коричневые карлики в качестве полярного сияния в контексте
Это не первый раз, когда полярное сияние используется для объяснения наблюдения коричневого карлика. Астрономы обнаружили радиоизлучение, исходящее от нескольких более теплых коричневых карликов, и назвали полярные сияния наиболее вероятным объяснением. С помощью наземных телескопов, таких как обсерватория Кека, проводились поиски инфракрасных сигнатур этих радиоизлучающих коричневых карликов, чтобы дополнительно охарактеризовать это явление, но они не дали результатов.
W1935 — первый кандидат в полярные сияния за пределами Солнечной системы, имеющий признаки выброса метана. Это также самый холодный кандидат на полярные сияния за пределами нашей Солнечной системы, с эффективной температурой около 400 градусов по Фаренгейту (200 градусов по Цельсию), что примерно на 600 градусов по Фаренгейту теплее, чем у Юпитера.
В нашей Солнечной системе солнечный ветер является основным источником полярных сияний, а активные спутники, такие как Ио и Энцелад, играют роль для таких планет, как Юпитер и Сатурн, соответственно. У W1935 полностью отсутствует звезда-компаньон, поэтому звездный ветер не может способствовать этому явлению. Еще предстоит выяснить, может ли активная луна сыграть роль в выбросе метана на W1935.
«С W1935 мы теперь имеем впечатляющее расширение явления Солнечной системы без какого-либо звездного излучения, которое могло бы помочь в объяснении», — отметил Фаэрти. «Благодаря Уэббу мы действительно можем «открыть капот» на химию и понять, насколько похожими или разными могут быть полярные сияния за пределами нашей Солнечной системы», — добавила она.
Информация от: Научным институтом космического телескопа.
