"Вебб" ідентифікував найменшого коричневого карлика

У пошуках найменшого коричневого карлика астрономи за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба знайшли нового рекордсмена: об′єкт, маса якого лише в три-чотири рази перевищує масу Юпітера.

Про це розповідають в НАСА, передають OstanniPodii.com.

Коричневі карлики — це об′єкти, які знаходяться на межі між зорями та планетами. Їх іноді називають невдалими зорями, оскільки вони формуються як зорі внаслідок гравітаційного стиснення, але ніколи не набирають достатньої маси, щоб почати плавити водень і перетворитися на зорю. На нижньому кінці шкали деякі коричневі карлики можна порівняти з планетами-гігантами, адже їхня маса лише у кілька разів перевищує масу Юпітера.

Якими найменшими можуть бути зорі?

Астрономи намагаються визначити найменший об′єкт, який може сформуватися подібно до зорі. Міжнародна команда за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба виявила нового рекордсмена: крихітний коричневий карлик у вільному "плаванні", маса якого лише у три-чотири рази перевищує масу Юпітера.

"Одне з основних питань, яке ви знайдете в кожному підручнику з астрономії, — якими є найменші зорі? Саме на нього ми й намагаємося відповісти", - пояснив провідний автор дослідження Кевін Луман з Університету штату Пенсильванія.

Стратегія пошуку

Щоб виявити цей новознайдений коричневий карлик, команда вирішила дослідити зоряне скупчення IC 348, розташоване на відстані близько 1000 світлових років від нас у зореутворювальній області Персея. Це скупчення молоде — йому лише близько п′яти мільйонів років. Як наслідок, будь-які коричневі карлики все ще будуть відносно яскравими в інфрачервоному світлі, світячись від тепла свого утворення.

Дослідники спочатку сфотографували центр скупчення за допомогою NIRCam (Камера ближнього інфрачервоного діапазону) "Вебба", щоб визначити кандидатів у коричневі карлики за їхньою яскравістю та кольором. Вони відстежили найперспективніші об′єкти, використовуючи масив мікрозатворів NIRSpec (Спектрограф ближньої інфрачервоної області спектра) "Вебба".

В НАСА зазначають, що інфрачервона чутливість "Вебба" мала вирішальне значення, дозволяючи команді виявляти тьмяніші об′єкти, ніж можуть наземні телескопи. Крім того, гострий зір "Вебба" дозволив їм визначити, які червоні об′єкти були точно коричневими карликами, а які — розпливчастими фоновими галактиками.

Цей процес просіювання привів до трьох гостроцікавих об′єктів масою від трьох до восьми мас Юпітера з температурою поверхні від 830 до 1500 градусів Цельсія. Найменший з них, згідно з комп′ютерними моделями, важить лише в три-чотири рази більше Юпітера.

Теоретично складно пояснити, як міг утворитися такий маленький коричневий карлик. Важка та щільна хмара газу має достатньо гравітації, щоб стиснутися та утворити зорю. Однак через слабшу гравітацію невеликій хмарі має бути важче стиснутися, щоб утворився коричневий карлик, і це особливо актуально для коричневих карликів з масами планет-гігантів.

“У сучасних моделях досить легко створити гігантські планети в диску навколо зорі”, - каже Катаріна Алвес де Олівейра з Європейського космічного агентства, головна дослідниця програми спостережень. “Але в цьому скупченні малоймовірно, що цей об′єкт сформувався в диску, а натомість сформувався як зоря, і три маси Юпітера в 300 разів менші, ніж наше Сонце. Тому ми повинні запитати, як відбувається процес зореутворення при таких дуже, дуже малих масах?”

Крім того, що крихітні коричневі карлики дають підказки про процес зореутворення, вони також можуть допомогти астрономам краще зрозуміти екзопланети. Найменш масивні коричневі карлики перетинаються з найбільшими екзопланетами, тому можна було б очікувати, що вони матимуть схожі властивості. Однак коричневий карлик у вільному плаванні легше вивчати, ніж гігантську екзопланету, оскільки остання прихована у відблисках своєї зорі.

Таємнича молекула

Два з коричневих карликів, виявлених у цьому дослідженні, мають спектральну сигнатуру неідентифікованого вуглеводню — молекули, що містить атоми водню та вуглецю. Така ж інфрачервона сигнатура була виявлена місією НАСА "Кассіні" в атмосфері Сатурна та його супутника Титана. Вона також була помічений у міжзоряному середовищі — газі між зорями.

"Ми вперше виявили цю молекулу в атмосфері об′єкта за межами нашої Сонячної системи, - пояснює Алвес де Олівейра. "Моделі атмосфер коричневих карликів не передбачають її існування. Ми розглядаємо об′єкти з молодшим віком і меншою масою, ніж раніше, і бачимо щось нове та несподіване".

На цьому зображенні, зробленому інструментом NIRCam, показано центральну частину зоряного скупчення IC 348. Знайдені три коричневі карлики, маса яких менша за вісім мас Юпітера, обведені на головному зображенні та показані на детальних розгортках праворуч. Найменший з них важить лише в три-чотири рази більше Юпітера, що кидає виклик теоріям зореутворення. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, K. Luhman (Penn State University), and C. Alves de Oliveira (ESA)

Коричневий карлик, чи планета-ізгой?

Оскільки об′єкти знаходяться в межах діапазону мас планет-гігантів, виникає питання, чи вони дійсно є коричневими карликами, чи насправді планетами-ізгоями, які були викинуті з планетних систем. Хоча команда не може виключити останній варіант, вони стверджують, що набагато ймовірніше, що вони є коричневими карликами, ніж викинутими планетами.

Викинута гігантська планета малоймовірна з двох причин. По-перше, такі планети взагалі рідкісні в порівнянні з планетами з меншими масами. По-друге, більшість зір — це зорі з низькою масою, а планети-гіганти особливо рідкісні серед таких зір. Як наслідок, малоймовірно, що більшість зір в IC 348 (які є маломасивними зорями) здатні утворювати такі масивні планети. Крім того, оскільки скупченню лише п′ять мільйонів років, ймовірно, не було достатньо часу для формування гігантських планет, а потім їхнього викидання з їхніх систем.

Відкриття більшої кількості таких об′єктів допоможе прояснити їхній статус. Теорії припускають, що планети-ізгої частіше зустрічаються на околицях зоряного скупчення, тому розширення зони пошуку може виявити їх, якщо вони існують в межах IC 348.

Майбутня робота може також включати довші дослідження, які можуть виявити тьмяніші, менші об′єкти. Очікується, що коротке дослідження, проведене командою, виявить такі малі об′єкти, які мають дві маси Юпітера. Довші дослідження могли б легко досягти однієї маси Юпітера.

Ці спостереження були проведені у рамках програми гарантованого часу спостережень #1229. Результати опубліковані в The Astronomical Journal.