"Вебб" зазирнув у таємничу туманність Полум′я для дослідження коричневих карликів

Туманність Полум′я, розташована на відстані близько 1400 світлових років від Землі, є осередком зореутворення менш як 1 мільйон років. Там є об′єкти настільки малі, що їхні ядра ніколи не зможуть плавити водень так, як повноцінні зорі — коричневі карлики.

Про це розповідають в NASA, передають OstanniPodii.com.

Коричневі карлики, які часто називають "зорями, що не відбулися", з часом стають дуже тьмяними й набагато холоднішими за зорі. Ці фактори роблять спостереження коричневих карликів за допомогою більшості телескопів складним, якщо не неможливим, навіть на космічно малих відстанях від Сонця. Однак, коли вони дуже молоді, вони все ще відносно тепліші та яскравіші, і тому їх легше спостерігати, попри затуляння густим пилом і газом, які складають туманність Полум′я в цьому випадку.

Космічний телескоп імені Джеймса Вебба може пронизати цю щільну, запилену область і побачити тьмяне інфрачервоне світіння молодих коричневих карликів. Команда астрономів використала цю можливість, щоб дослідити найнижчу межу маси коричневих карликів у туманності Полум′я. В результаті вони виявили об′єкти у вільному плаванні, маса яких приблизно у два-три рази перевищує масу Юпітера, при точності до 0,5 маси Юпітера.

"Метою цього проєкту було дослідження фундаментальної межі маломасивності в процесі формування зірок і коричневих карликів. За допомогою "Вебба" ми можемо досліджувати найтьмяніші об′єкти з найнижчою масою", - сказав провідний автор дослідження Метью Де Фуріо з Техаського університету в Остіні.

Менші фрагменти

Межа маломасивності, яку шукала команда, встановлюється процесом, що називається фрагментацією. У цьому процесі великі молекулярні хмари, з яких народжуються зорі та коричневі карлики, розпадаються на все менші й менші одиниці, або фрагменти.

Фрагментація сильно залежить від кількох факторів, серед яких одним з найважливіших є баланс між температурою, тепловим тиском і гравітацією. Зокрема, коли фрагменти стискаються під дією сили тяжіння, їхні ядра нагріваються. Якщо ядро достатньо масивне, воно почне сплавлювати водень. Зовнішній тиск, створений цим синтезом, протидіє гравітації, зупиняючи колапс і стабілізуючи об′єкт (тоді відомий як зоря). Однак фрагменти, ядра яких недостатньо компактні й гарячі для спалювання водню, продовжують стискатися, поки вони випромінюють своє внутрішнє тепло.

"Охолодження цих хмар важливе, тому що якщо у вас достатньо внутрішньої енергії, вона буде боротися з гравітацією", - каже Майкл Меєр з Мічиганського університету. "Якщо хмари ефективно охолоджуються, вони колапсують і розпадаються на частини".

Фрагментація зупиняється, коли фрагмент стає достатньо непрозорим, щоб знову поглинати власне випромінювання, тим самим зупиняючи охолодження та запобігаючи подальшому колапсу. Теорії встановлювали нижню межу цих фрагментів десь між однією та десятьма масами Юпітера. Це дослідження значно звужує цей діапазон, оскільки перепис Вебба нарахував в туманності фрагменти різної маси.

"Як було виявлено в багатьох попередніх дослідженнях, коли ви переходите до менших мас, ви насправді отримуєте більше об′єктів, які приблизно вдесятеро перевищують масу Юпітера. У нашому дослідженні за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба ми маємо точність до 0,5 маси Юпітера, і ми знаходимо значно менше й менше об′єктів, коли опускаємося нижче десятикратної маси Юпітера", - пояснює де Фуріо. "Ми знаходимо менше об′єктів з масою в п′ять Юпітерів, ніж об′єктів з масою в десять Юпітерів, і ми знаходимо набагато менше об′єктів з масою в три Юпітери, ніж об′єктів з масою в п′ять Юпітерів. Ми не знаходимо жодного об′єкта з масою менш як дві-три маси Юпітера, і ми очікуємо побачити їх, якщо вони є, тому ми припускаємо, що це може бути межею".

Меєр додав: "Вебб вперше зміг провести зондування перед та поза цією межею. Якщо ця межа реальна, то в нашій галактиці Чумацький Шлях не повинно бути об′єктів, що вільно плавають, з масою в один Юпітер, якщо тільки вони не були сформовані як планети, а потім викинуті з планетної системи".

Це зображення частини туманності Полум′я в ближньому інфрачервоному діапазоні, отримане космічним телескопом Джеймса Вебба, висвітлює три об′єкти з низькою масою, які видно на вставках праворуч. Ці об′єкти, які набагато холодніші за протозорі, для їхнього виявлення потребують чутливості інструментів Вебба. Ці об′єкти вивчалися в рамках дослідження найнижчої межі маси коричневих карликів у туманності Полум′я. Credits: NASA, ESA, CSA, STScI, M. Meyer (University of Michigan)

Спираючись на спадщину "Габбла"

Коричневі карлики, попри те, що їх важко знайти, можуть надати багато інформації, особливо в галузі зореутворення та дослідження планет, зважаючи на їхню схожість із зорями та планетами. Космічний телескоп "Габбл" полює на ці коричневі карлики вже кілька десятиліть.

Хоча "Габбл" не може спостерігати коричневі карлики у туманності Полум′я з такою малою масою, як "Вебб", він мав вирішальне значення у визначенні кандидатів для подальшого вивчення. Це дослідження є прикладом того, як "Вебб" прийняв естафету -- десятиліттями отримані "Габблом" дані про комплекс молекулярних хмар Оріона -- і уможливив поглиблене дослідження.

"Дуже важко виконувати цю роботу, спостерігаючи за коричневими карликами масою до десяти мас Юпітера із землі, особливо в таких регіонах, як цей. А наявні дані "Габбла" за останні 30 років дозволили нам зрозуміти, що це дійсно надібний регіон зореутворення, на який варто звернути увагу. Нам потрібен був "Вебб", щоб мати можливість вивчати цю конкретну наукову тему", - сказав де Фуріо.

"Це квантовий стрибок у наших можливостях порівняно з розумінням того, що відбувалося з "Габблом". "Вебб" дійсно відкриває абсолютно нову сферу можливостей для розуміння цих об′єктів", - пояснив астроном Массімо Робберто з Наукового інституту космічного телескопа.

Ця команда продовжує вивчати туманність Полум′я, використовуючи спектроскопічні інструменти "Вебба" для отримання подальших характеристик різних об′єктів в її пиловому коконі.

"Існує великий збіг між тим, що може бути планетами та коричневими карликами дуже, дуже малої маси", - заявив Меєр. "І це наша робота на найближчі п′ять років: з′ясувати, що є що та чому".

Ці результати прийняті до публікації в The Astrophysical Journal Letters.

.

• телескоп Вебба
• коричневий карлик
• Зореутворення в галактиках