Вебб виявив ознаки полярних сяйв на коричневому карлику, де їх не повинно існувати

Космічний телескоп "Джеймс Вебб" (JWST) виявив на ізольованому коричневому карлику інфрачервону емісію метану, що може свідчити про нагрівання атмосфери авроральними процесами.

Про це розповідають в НАСА, передають OstanniPodii.com.

Використовуючи спектрограф JWST астрономи виявили, що коричневий карлик (об′єкт, масивніший за Юпітер, але менший за зорю) має інфрачервону емісію для метану, ймовірно, завдяки енергії у його верхніх шарах атмосфери. Це відкриття несподіване, оскільки коричневий карлик W1935 холодний і не має зорі-господаря; отже, немає очевидного джерела енергії для верхньої атмосфери. Команда припускає, що емісія метану може бути пов′язана з процесами, що генерують полярні сяйва.

Для допомоги у роз′ясненні загадки інфрачервоної емісії від метану, команда звернулася до нашої Сонячної системи. Метан в емісії є звичайною особливістю газових гігантів, таких як Юпітер і Сатурн. Там нагрівання верхніх шарів атмосфери, яке спричиняє цю емісію, пов′язане з полярними сяйвами.

У нас на Землі полярні сяйва виникають, коли енергійні частинки, що вилітають у космос від Сонця, захоплюються магнітним полем Землі. Вони каскадом опускаються в нашу атмосферу вздовж силових ліній магнітного поля поблизу полюсів Землі, зіштовхуються з молекулами газу й створюють моторошні світлові завіси, що танцюють. Юпітер і Сатурн мають схожі авроральні процеси (щодо Юпітера та щодо Сатурна), які включають взаємодію із сонячним вітром, але вони також отримують авроральні внески від близьких активних супутників, таких як Іо (для Юпітера) та Енцелад (для Сатурна).

Для ізольованих коричневих карликів, таких як W1935, немає зоряного вітру, який би сприяв авроральному процесу та пояснював додаткову енергію у верхніх шарах атмосфери, необхідну для емісії метану. Команда припускає, що або невраховані внутрішні процеси, подібні до атмосферних явищ Юпітера й Сатурна, або зовнішні взаємодії з міжзоряною плазмою чи сусіднім активним супутником, можуть допомогти пояснити емісію метану.

Детективна історія

Відкриття полярних сяйв було схоже на детективну історію. Команда під керівництвом Джекі Фаерті, астрономки з Американського музею природничої історії в Нью-Йорку, отримала час на JWST для дослідження 12 холодних коричневих карликів. Серед них були W1935 — об′єкт, відкритий громадським науковцем Деном Казелденом, який працював над проєктом зоовсесвіту "Світи на задньому дворі", та W2220 — об′єкт, відкритий за допомогою Ширококутного інфрачервоного телескопа (WISE) НАСА.

Вебб виявив у вишуканих деталях, що W1935 і W2220 виявилися майже клонами один одного за складом. Вони також мали схожу яскравість, температуру та спектральні характеристики води, аміаку, чадного газу й вуглекислого газу. Яскравим винятком було те, що W1935 показав емісію метану, на відміну від очікуваного поглинання, яке спостерігалося у W2220. Це відбувалося в інфрачервоному діапазоні, до якого Вебб має унікальну чутливість.

"Ми очікували побачити метан, тому що метан є повсюди в цих коричневих карликах. Але замість того, щоб поглинати світло, ми побачили якраз протилежне: метан світився. Моєю першою думкою було: "Що за чортівня? Чому з цього об′єкта виділяється метан?", - розповідає Фаерті.

Команда використовувала комп′ютерні моделі, щоб з′ясувати, що може стояти за цією емісією. Моделювання показало, що W2220 мав очікуваний розподіл енергії в атмосфері, стаючи холоднішим зі збільшенням висоти. W1935, з іншого боку, мав несподіваний результат. Найкраща модель сприяла температурній інверсії, коли атмосфера ставала теплішою зі збільшенням висоти. "Ця температурна інверсія дійсно спантеличує", - сказав Бен Бернінгем, співавтор з Хартфордширського університету в Англії та провідний моделювальник роботи. "Ми спостерігали подібне явище на планетах з близькою зорею, яка може нагрівати стратосферу, але бачити його на об′єкті без очевидного зовнішнього джерела тепла — це дико".

Підказки з нашої Сонячної системи

У пошуках підказок команда зазирнула на наш власний двір, до планет Сонячної системи. Газові планети-гіганти можуть слугувати прикладами для того, що відбувається в атмосфері W1935 на відстані понад 40 світлових років від нас.

Команда зрозуміла, що температурні інверсії помітні на таких планетах, як Юпітер і Сатурн. Наразі триває робота над розумінням причин нагрівання їхньої стратосфери, але провідні теорії для Сонячної системи включають зовнішнє нагрівання полярними сяйвами та внутрішнє перенесення енергії з глибин атмосфери (причому перше пояснення є основним).

Інші кандидати

Це не перший випадок, коли полярне сяйво використовується для пояснення спостережень коричневих карликів. Астрономи виявили радіовипромінювання від кількох тепліших коричневих карликів і назвали полярні сяйва найбільш вірогідним поясненням. За допомогою наземних телескопів, таких як Обсерваторія Кека, проводились пошуки інфрачервоних сигнатур цих радіовипромінювальних коричневих карликів для подальшої характеристики явища, але вони були непереконливими.

W1935 — перший авроральний кандидат за межами Сонячної системи з сигнатурою емісії метану. Це також найхолодніший авроральний кандидат за межами нашої Сонячної системи, з ефективною температурою близько 200 градусів за Цельсієм, що приблизно на 300 градусів тепліше, ніж на Юпітері.

У нашій Сонячній системі сонячний вітер є основним чинником полярних сяйв, а активні супутники, такі як Іо та Енцелад, відіграють таку ж роль для планет, як Юпітер і Сатурн, відповідно. У W1935 повністю відсутня зоря-компаньйон, тому зоряний вітер не може впливати на це явище. Вченим ще належить з′ясувати, чи може активний супутник відігравати певну роль в емісії метану на цьому коричневому карлику.