Випадкове відкриття натякає на приховану популяцію космічних об’єктів

Коричневі карлики -- не зовсім зорі та не зовсім планети, і нове дослідження показує, що їх у нашій галактиці може бути більше, ніж вважали вчені раніше.

Про це розповідають у Лабораторії реактивного руху НАСА.

Нове дослідження пропонує спокусливе пояснення того, як виник своєрідний космічний об’єкт під назвою WISEA J153429.75-104303.3 на прізвисько "Випадковість". Випадковість – коричневий карлик. Хоча вони формуються як зорі, ці об’єкти не мають достатньої маси, щоб розпочати ядерний синтез – процес, який викликає сяйво у зірок. І хоча коричневі карлики іноді не піддаються характеризації, астрономи добре розуміють їх загальні характеристики.

Або робили це, поки не знайшли її.

Свою назву Випадковість отримав після того, як його виявили завдяки чистій вдачі. Він оминув звичайні пошуки, тому що не схожий на жодного з трохи понад 2000 коричневих карликів, які були знайдені в нашій галактиці.

У міру старіння коричневі карлики охолоджуються, і їхня яскравість змінюється на різних довжинах хвиль світла. Це зовсім не схоже на те, що деякі метали при нагріванні переходять від яскраво-білого до насичено-червоного, коли вони охолоджуються. Випадковість збентежила вчених, оскільки вона була тьмяною на деяких ключових довжинах хвиль, що говорило про те, що вона була дуже холодною (і старою), але яскравою в інших, що свідчило про більш високу температуру.

"Цей об’єкт перевершив усі наші сподівання", - сказав Деві Кіркпатрік, астрофізик з IPAC у Каліфорнійському технологічному університеті в Пасадені. У своєму новому дослідженні, опублікованому в Astrophysical Journal Letters, він та його співавтори стверджують, що вік Випадковості може складати від 10 до 13 мільярдів років – щонайменше вдвічі більше середнього віку інших відомих коричневих карликів. Це означає, що вона мала б утворитися, коли наша галактика була набагато молодшою та мала інший хімічний склад. Якщо це так, то швидше за все, у нашому галактичному сусідстві ховається ще багато таких стародавніх коричневих карликів.

Своєрідний профіль

Вперше Випадковість була помічена супутником НАСА "Ширококутний інфрачервоний оглядовий дослідник близькоземних об'єктів" (NEOWISE), запущений у 2009 році під псевдонімом WISE і керований Лабораторією реактивного руху НАСА у Південній Каліфорнії. Оскільки коричневі карлики є відносно прохолодними об’єктами, вони випромінюють переважно інфрачервоне світло або довжину хвиль довшу, ніж те, що бачить людське око.

Коричневі карлики мають спільні риси як із зорями, так і з планетами. Як правило, вони менш масивні, ніж зорі, та більш масивні, ніж планети. Коричневий карлик стає зорею, якщо тиск в його ядрі стає достатньо високим, щоб розпочати ядерний синтез — процес, який викликає сяйво у зірок. NASA/JPL-Caltech

Щоб з'ясувати, як Випадковість могла мати такі, здавалося б, суперечливі властивості – дехто каже, що вона дуже холодна, інші вказують, що вона набагато тепліша, – вченим потрібна була додаткова інформація. Тому вони спостерігали її на додаткових інфрачервоних хвилях за допомогою наземного телескопа в обсерваторії Кека на Гаваях. Але коричневий карлик виглядав настільки тьмяним на цих довжинах хвиль, що вони взагалі не могли його виявити, очевидно, підтверджуючи своє припущення, що він дуже холодний.

Потім вони вирішили визначити, чи тьмяність виникла через те, що Випадковість знаходиться далі від Землі, ніж очікувалося. Але це виявилося не так, згідно з точними вимірами відстані за допомогою космічних телескопів НАСА "Хаббл" та "Спітцер". Визначивши відстань об’єкта – приблизно 50 світлових років від Землі – команда зрозуміла, що він рухається швидко – приблизно 800 000 км/год. Це набагато швидше, ніж усі інші коричневі карлики, які, відомі на такій відстані від Землі, а це означає, що він, ймовірно, довгий час кружляє по галактиці, зустрічаючи масивні об’єкти, які прискорюють його своєю гравітацією.

Маючи купу доказів, які свідчать про те, що Випадковість надзвичайно давня, дослідники припускають, що її дивні властивості зовсім не дивні та що вони можуть бути ключем до її віку.

Коли Чумацький Шлях утворився близько 13,6 мільярда років тому, він майже повністю складався з водню та гелію. Інші елементи, такі як вуглець, утворюються всередині зірок; коли наймасивніші зорі вибухнули як наднові, вони розкидали елементи по всій галактиці.

Метан, що складається з водню та вуглецю, поширений у більшості коричневих карликів, температура яких подібна до Випадковості. Але світловий профіль Випадковості свідчить про те, що вона містить дуже мало метану. Як і всі молекули, метан поглинає певну довжину хвилі світла, тому багатий метаном коричневий карлик буде неяскравим на цих довжинах хвиль. Випадковість, навпаки, яскрава на тих довжинах хвиль, що може свідчити про низький рівень метану.

Таким чином, світловий профіль "Випадковості" міг би збігатися з дуже старим коричневим карликом, який утворився, коли галактика була ще бідною на вуглець; дуже мала кількість вуглецю при утворенні означає дуже мало метану в її атмосфері сьогодні.

"Знайти коричневий карлик такого старого віку не дивно, але виявити такого на нашому подвір’ї – це несподіванка", - сказав Федеріко Марокко, астрофізик з IPAC в Калтеху, який керував новими спостереженнями за допомогою телескопів Кека та Хаббла. "Ми очікували, що такі старі коричневі карлики існують, але також очікували, що вони будуть надзвичайно рідкісними. Шанс знайти такий наближений до Сонячної системи може бути щасливим збігом обставин, або це говорить нам про те, що вони більш поширені, ніж ми думали".

На цій ілюстрації художника зображений тьмяний, холодний коричневий карлик в космосі. Коричневі карлики формуються як зорі, але не мають достатньої маси, щоб запалити ядерний синтез у своїх ядрах — процес, який змушує зорі палати. В результаті вони поділяють деякі фізичні характеристики з масивними планетами, такими як Юпітер. IPAC/Caltech

Щаслива випадковість

Щоб знайти більше стародавніх коричневих карликів, таких як "Випадковість", – якщо вони існують – дослідникам, можливо, доведеться змінити методи пошуку цих об’єктів.

Випадковість виявив громадянський вчений Ден Казельден, який використовував створену ним онлайн-програму для пошуку коричневих карликів у даних NEOWISE. Небо сповнене предметів, які випромінюють інфрачервоне світло; за великим рахунком, ці об’єкти залишаються нерухомими на небі через їх велику відстань від Землі. Але оскільки коричневі карлики настільки тьмяні, їх видно лише тоді, коли вони знаходяться відносно близько до Землі, а це означає, що вчені можуть спостерігати, як вони рухаються по небу протягом місяців або років. (NEOWISE складає карту всього неба приблизно раз на пів року.)

Програма Кезельдена намагалася видалити нерухомі інфрачервоні об’єкти (наприклад, далекі зорі) з карт NEOWISE та виділити рухомі об’єкти, які мали подібні характеристики з відомими коричневими карликами. Він розглядав одного такого кандидата на коричневого карлика, коли побачив інший, набагато тьмяніший об’єкт, який швидко рухався по екрану. Це виявиться WISEA J153429.75-104303.3, який не був виділений, оскільки не відповідав профілю коричневого карлика у програмі. Казельден зловив його випадково.

"Це відкриття говорить нам про те, що існує більше різноманіття коричневих карликів, ніж ми бачили досі", - сказав Кіркпатрік. "Ймовірно, існують більш дивні, і нам потрібно подумати, як їх шукати".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.