Случайное открытие намекает на скрытую популяцию космических объектов

Коричневые карлики — не совсем звезды и не совсем планеты, и новое исследование показывает, что их в нашей галактике может быть больше, чем считали ученые раньше.

Об этом рассказывают в Лаборатории реактивного движения НАСА.

Новое исследование предлагает соблазнительное объяснение того, как возник своеобразный космический объект под названием WISEA J153429.75-104303.3 по прозвищу "Случайность". Случайность — коричневый карлик. Хотя они формируются как звезды, эти объекты не имеют достаточной массы, чтобы начать ядерный синтез — процесс, который вызывает сияние у звезд. И хотя коричневые карлики иногда не поддаются характеризации, астрономы хорошо понимают их общие характеристики.

Или делали это, пока не нашли ее.

Свое название Случайность получила после того, как ее обнаружили благодаря счастливой случайности. Она обошла обычные поиски, так как не похожа ни на одного из немного более 2000 коричневых карликов, которые были найдены в нашей галактике.

По мере старения коричневые карлики остывают, и их яркость меняется на разных длинах волн света. Это совсем не похоже на то, что некоторые металлы при нагревании переходят от ярко-белого до насыщенно-красного, когда они охлаждаются. Случайность смутила ученых, поскольку она была тусклой на некоторых ключевых длинах волн, что говорило о том, что она была очень холодной (и старой), но яркой в других, что свидетельствовало о более высокой температуре.

"Этот объект превзошел все наши ожидания", - сказал Дэви Киркпатрик, астрофизик из IPAC в Калифорнийском технологическом университете в Пасадене. В своем новом исследовании, опубликованном в Astrophysical Journal Letters, он и его соавторы утверждают, что возраст Случайности может составлять от 10 до 13 миллиардов лет - как минимум вдвое больше среднего возраста других известных коричневых карликов. Это значит, что он должен образоваться, когда наша галактика была намного моложе и имела другой химический состав. Если это так, то скорее всего, в нашем галактическом соседстве скрывается еще много таких древних коричневых карликов.

Своеобразный профиль

Впервые Случайность была замечена спутником НАСА "Широкоугольный инфракрасный обзорный исследователь близких к Земле объектов" (NEOWISE), запущенный в 2009 году под псевдонимом WISE и управляемый Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. Поскольку коричневые карлики являются относительно прохладными объектами, они излучают преимущественно инфракрасный свет или длину волн более длинную, чем то, что видит человеческий глаз.

Коричневые карлики имеют общие черты как с звездами, так и с планетами. Как правило, они менее массивные, чем звезды, и более массивные, чем планеты. Коричневый карлик становится звездой, если давление в его ядре становится достаточно высоким, чтобы начать ядерный синтез — процесс, который вызывает сияние у звезд. NASA/JPL-Caltech

Чтобы выяснить, как Случайность могла иметь такие, казалось бы, противоречивые характеристики — некоторые говорят, что она очень холодная, другие указывают, что она гораздо теплее, – ученым нужна была дополнительная информация. Поэтому они наблюдали ее в дополнительных инфракрасных волнах с помощью наземного телескопа в обсерватории Кека на Гавайях. Но коричневый карлик выглядел настолько тусклым на этих длинах волн, что они вообще не могли его обнаружить, очевидно, подтверждая свое предположение, что он очень холодный.

Затем они решили определить, возникла ли тусклость из-за того, что Случайность находится дальше от Земли, чем ожидалось. Но это оказалось не так, согласно точными измерениями расстояния с помощью космических телескопов НАСА "Хаббл" и "Спитцер". Определив расстояние объекта — примерно 50 световых лет от Земли — команда поняла, что он движется быстро — примерно 800 000 км/час. Это гораздо быстрее, чем все остальные коричневые карлики, известные на таком расстоянии от Земли, а это значит, что он, вероятно, долгое время кружит по галактике, встречая массивные объекты, которые ускоряют его своей гравитацией.

Имея кучу доказательств, свидетельствующих о том, что Случайность чрезвычайно древняя, исследователи предполагают, что ее странные свойства совсем неудивительны и что они могут быть ключом к ее возрасту.

Когда Млечный Путь образовался около 13,6 миллиарда лет назад, он почти полностью состоял из водорода и гелия. Другие элементы, такие как углерод, образуются внутри звезд; когда массивные звезды взорвались как сверхновые, они разбросали элементы по всей галактике.

Метан, состоящий из водорода и углерода, распространенный в большинстве коричневых карликов, температура которых подобна Случайности. Но световой профиль Случайности свидетельствует о том, что она содержит очень мало метана. Как и все молекулы, метан поглощает определенную длину волны света, поэтому богатый метаном коричневый карлик будет неярким на этих длинах волн. Случайность, наоборот, яркая на тех длинах волн, что может свидетельствовать о низком уровне метана.

Таким образом, световой профиль "Случайности" мог бы совпадать с очень старым коричневым карликом, который образовался, когда галактика была еще бедна на углерод; очень малое количество углерода при образовании означает очень мало метана в ее атмосфере сегодня.

"Найти коричневый карлик такого старого возраста ни странно, но выявить такого на нашем дворе — это неожиданность", - сказал Федерико Марокко, астрофизик из IPAC в Калтехе, который руководил новыми наблюдениями с помощью телескопов Кека и Хаббла. "Мы ожидали, что такие старые коричневые карлики существуют, но также ожидали, что они будут очень редкими. Шанс найти такой приближенный к Солнечной системе может быть счастливым стечением обстоятельств, или это говорит нам о том, что они более распространены, чем мы думали".

На этой иллюстрации художника изображен тусклый, холодный коричневый карлик в космосе. Коричневые карлики формируются как звезды, но не имеют достаточной массы, чтобы зажечь ядерный синтез в своих ядрах — процесс, который заставляет звезды пылать. В результате они разделяют некоторые физические характеристики с массивными планетами, такими как Юпитер. IPAC/Caltech

Счастливая случайность

Для поиска древних коричневых карликов, таких как "Случайность", – если они существуют — исследователям, возможно, придется изменить методы поиска этих объектов.

Случайность обнаружил гражданский ученый Дэн Казельден, который использовал созданную им онлайн-программу для поиска коричневых карликов в данных NEOWISE. Небо полно предметов, которые излучают инфракрасный свет; по большому счету, эти объекты остаются неподвижными на небе из-за их большого расстояния от Земли. Но поскольку коричневые карлики настолько тусклые, они видны только тогда, когда они находятся относительно близко к Земле, а это значит, что ученые могут наблюдать, как они движутся по небу в течение месяцев или лет. (NEOWISE составляет карту всего неба примерно раз в пол года).

Программа Кезельдена пыталась удалить неподвижные инфракрасные объекты (например, далекие звезды) с карт NEOWISE и выделить движущиеся объекты, которые имели сходные характеристики с известными коричневыми карликами. Он рассматривал одного такого кандидата на коричневый карлик, когда увидел другой, гораздо более тусклый объект, который быстро двигался по экрану. Это оказался WISEA J153429.75-104303.3, который не был выделен, поскольку не соответствовал профилю коричневого карлика в программе. Казельден поймал его случайно.

"Это открытие говорит нам о том, что существует больше многообразия коричневых карликов, чем мы видели до сих пор", - сказал Киркпатрик. "Вероятно, существуют более странные, и нам нужно подумать, как их искать".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.