Уэбб обнаружил признаки полярных сияний на коричневом карлике, где их не должно существовать

Космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST) обнаружил на изолированном коричневом карлике инфракрасную эмиссию метана, что может свидетельствовать о нагревании атмосферы авроральными процессами.

Об этом рассказывают в НАСА, передают OstanniPodii.com.

Используя спектрограф на борту JWST астрономы обнаружили, что коричневый карлик (объект, массивнее Юпитера, но меньше звезды) имеет инфракрасную эмиссию для метана, вероятно, благодаря энергии в его верхних слоях атмосферы. Это открытие неожиданно, поскольку коричневый карлик W1935 холодный и не имеет звезды-хозяина; следовательно, нет очевидного источника энергии для верхней атмосферы. Команда предполагает, что эмиссия метана может быть связана с процессами, генерирующими полярные сияния.

Для помощи в разъяснении загадки инфракрасной эмиссии от метана, команда обратилась к нашей Солнечной системе. Метан в эмиссии является обычной особенностью газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Там нагрев верхних слоев атмосферы, который вызывает эту эмиссию, связан с полярными сияниями.

У нас на Земле полярные сияния возникают, когда энергичные частицы, вылетающие в космос от Солнца, захватываются магнитным полем Земли. Они каскадом опускаются в нашу атмосферу вдоль силовых линий магнитного поля вблизи полюсов Земли, сталкиваются с молекулами газа и создают жуткие танцующие световые занавесы. Юпитер и Сатурн имеют схожие авроральные процессы (насчет Юпитера и насчет Сатурна), которые включают взаимодействие с солнечным ветром, но они также получают авроральные вклады от близких активных спутников, таких как Ио (для Юпитера) и Энцелад (для Сатурна).

Для изолированных коричневых карликов, таких как W1935, нет звездного ветра, который бы способствовал авроральному процессу и объяснял дополнительную энергию в верхних слоях атмосферы, необходимую для эмиссии метана. Команда предполагает, что либо неучтенные внутренние процессы, подобные атмосферным явлениям Юпитера и Сатурна, либо внешние взаимодействия с межзвездной плазмой или соседним активным спутником, могут помочь объяснить эмиссию метана.

Детективная история

Открытие полярных сияний было похоже на детективную историю. Команда под руководством Джеки Фаэрти, астронома из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке, получила время на JWST для исследования 12 холодных коричневых карликов. Среди них были W1935 — объект, открытый общественным ученым Дэном Казелденом, который работал над проектом зоовселенной "Миры на заднем дворе", и W2220 — объект, открытый с помощью Широкоугольного инфракрасного телескопа (WISE) НАСА.

Уэбб обнаружил в изысканных деталях, что W1935 и W2220 оказались почти клонами друг друга по составу. Они также имели схожую яркость, температуру и спектральные характеристики воды, аммиака, угарного газа и углекислого газа. Ярким исключением было то, что W1935 показал эмиссию метана, в отличие от ожидаемого поглощения, которое наблюдалось у W2220. Это происходило в инфракрасном диапазоне, к которому Уэбб имеет уникальную чувствительность.

"Мы ожидали увидеть метан, потому что метан есть повсюду в этих коричневых карликах. Но вместо того, чтобы поглощать свет, мы увидели как раз обратное: метан светился. Моей первой мыслью было: "Что за чертовщина? Почему из этого объекта выделяется метан?", - рассказывает Фаэрти.

Команда использовала компьютерные модели, чтобы выяснить, что может стоять за этой эмиссией. Моделирование показало, что W2220 имел ожидаемое распределение энергии в атмосфере, становясь холоднее с увеличением высоты. W1935, с другой стороны, имел неожиданный результат. Лучшая модель способствовала температурной инверсии, когда атмосфера становилась теплее с увеличением высоты.

"Эта температурная инверсия действительно озадачивает", - сказал Бен Бернингем, соавтор из Хартфордширского университета в Англии и ведущий моделировщик работы. "Мы наблюдали подобное явление на планетах с близкой звездой, которая может нагревать стратосферу, но видеть его на объекте без очевидного внешнего источника тепла — это дико".

Подсказки из нашей Солнечной системы

В поисках подсказок команда заглянула на наш собственный двор, к планетам Солнечной системы. Газовые планеты-гиганты могут служить примерами для того, что происходит в атмосфере W1935 на расстоянии более 40 световых лет от нас.

Команда поняла, что температурные инверсии заметны на таких планетах, как Юпитер и Сатурн. Сейчас продолжается работа над пониманием причин нагрева их стратосферы, но ведущие теории для Солнечной системы включают внешний нагрев полярными сияниями и внутренний перенос энергии из глубин атмосферы (причем первое объяснение является основным).

Другие кандидаты

Это не первый случай, когда полярное сияние используется для объяснения наблюдений коричневых карликов. Астрономы обнаружили радиоизлучение 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 для дальнейшей характеристики явления, но они были неубедительными.

W1935 — первый авроральный кандидат за пределами Солнечной системы с сигнатурой эмиссии метана. Это также самый холодный авроральный кандидат за пределами нашей Солнечной системы, с эффективной температурой около 200 градусов по Цельсию, что примерно на 300 градусов теплее, чем на Юпитере.

В нашей Солнечной системе солнечный ветер является основным фактором полярных сияний, а активные спутники, такие как Ио и Энцелад, играют такую же роль для планет, как Юпитер и Сатурн, соответственно. У W1935 полностью отсутствует звезда-компаньон, поэтому звездный ветер не может влиять на это явление. Ученым еще предстоит выяснить, может ли активный спутник играть определенную роль в эмиссии метана на этом коричневом карлике.