Астрономы, использующие космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, обнаружили, что коричневый карлик (объект более массивный, чем Юпитер, но меньший, чем звезда) может показывать полярные сияния, подобные знакомому северному сиянию. Это неожиданная загадка, поскольку коричневый карлик, известный как W1935, представляет собой изолированный объект в космосе, у которого нет близлежащих звезд, вызывающих полярное сияние.

Концепция этого художника изображает коричневого карлика W1935, находящегося в 47 световых годах от Земли. Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА обнаружили инфракрасное излучение метана от W1935. Это было неожиданное открытие, поскольку коричневый карлик очень холодный и у него нет родительской звезды; следовательно, не существует очевидного источника энергии для нагрева верхних слоев атмосферы и создания свечения метана. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть связаны с процессом образования полярных сияний, показанных здесь красным. Источник изображения: НАСА, ЕКА, ККА, редактор Лия Хустак (STScI).

Полярные сияния на Земле возникают, когда частицы высокой энергии Солнца захватываются магнитным полем нашей планеты. Эти частицы слой за слоем падают в атмосферу вблизи полюсов Земли, сталкиваясь с молекулами газа, образуя жуткую танцующую завесу света. Поскольку в W1935 нет звезд, производящих звездные ветры, внешние взаимодействия с межзвездной плазмой или близлежащими активными лунами, такими как Ио Юпитера, могут помочь объяснить наблюдаемое инфракрасное излучение.

Астрономы использовали космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА для изучения 12 холодных коричневых карликов. Два из них — W1935 и W2220 — кажутся похожими близнецами по составу, яркости и температуре. Однако W1935 демонстрирует выброс метана, а не ожидаемый признак поглощения W2220. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть связаны с процессом образования полярных сияний. Источник: НАСА, ЕКА, ККА, Лия Хустак (STScI).

Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА обнаружили инфракрасный свет, излучаемый метаном на коричневом карлике (объект более массивный, чем Юпитер, но меньший, чем звезда), возможно, вызванный энергией в его верхних слоях атмосферы. Это было неожиданное открытие, поскольку коричневый карлик по имени W1935 очень холоден и у него нет родительской звезды; следовательно, его верхняя атмосфера не имеет очевидного источника энергии. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть связаны с процессом образования полярных сияний.

Результаты будут представлены на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане.

Чтобы объяснить тайну инфракрасного излучения метана, исследовательская группа обратилась к Солнечной системе. Выбросы метана — общая черта газовых планет-гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Нагрев верхних слоев атмосферы, вызывающий это излучение, связан с полярными сияниями.

На Земле полярные сияния возникают, когда частицы высокой энергии, уносимые Солнцем в космос, захватываются магнитным полем Земли. Они входят в атмосферу вдоль силовых линий магнитного поля вблизи полюсов Земли, сталкиваются с молекулами газа и образуют жуткую танцующую световую завесу. Юпитер и Сатурн имеют схожие полярные сияния, включая взаимодействие с солнечным ветром, но они также получают полярные сияния от близлежащих активных спутников, таких как Ио (Юпитер) и Энцелад (Сатурн).

Для изолированного коричневого карлика, такого как W1935, не существует звездного ветра, способного способствовать полярному сиянию, и нет объяснения дополнительной энергии, необходимой для выбросов метана в верхних слоях атмосферы, что остается загадкой. Команда предполагает, что либо необъяснимые внутренние процессы, такие как атмосферные явления Юпитера и Сатурна, либо внешние взаимодействия с межзвездной плазмой или близлежащими активными спутниками, могут помочь объяснить выбросы метана.

Открытие полярного сияния похоже на детектив. Команде под руководством астронома Джеки Фаэрти из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке было предоставлено время с помощью телескопа Уэбба исследовать 12 холодных коричневых карликов. К ним относятся W1935, объект, обнаруженный гражданским ученым Дэном Кэселденом, который работал над проектом Backyard Worlds Zooniverse, и W2220, объект, обнаруженный с помощью WideField Infrared Survey Explorer НАСА. Телескоп Уэбб в мельчайших деталях показал, что W1935 и W2220 по составу являются почти клонами. Они также имеют сходную яркость, температуру и спектральные характеристики с водой, аммиаком, окисью углерода и диоксидом углерода. Заметным исключением является то, что W1935 демонстрирует эмиссию метана, а W2220 не демонстрирует ожидаемого поглощения. Это видно на уникальной инфракрасной длине волны, к которой Уэбб обладает уникальной чувствительностью.

«Мы ожидали увидеть метан, потому что метан повсюду в этих коричневых карликах. Но то, что мы увидели, было противоположным: метан не поглощал свет: метан светился. Моя первая мысль была: что, черт возьми, происходит? Почему этот объект излучает метан?» Команда использовала компьютерные модели, чтобы определить причины выбросов метана. Моделирование показывает, что энергия W2220 распределяется, как и ожидалось, по всей атмосфере, становясь все холоднее с высотой. С другой стороны, результаты W1935 года оказались неожиданными. Лучшие модели предпочитают температурную инверсию, при которой атмосфера нагревается с увеличением высоты.

«Эта температурная инверсия действительно озадачивает», — сказал Бен Бернингем, ведущий специалист по моделированию исследования и соавтор Университета Хартфордшира в Великобритании. «Мы видели это на планетах с близлежащими звездами, которые могут нагревать стратосферу, но видеть это на теле без очевидного внешнего источника тепла — это безумие».

В поисках подсказок команда заглянула в наш собственный двор – на планеты нашей Солнечной системы. Планета-газовый гигант может служить показателем условий в атмосфере W1935, находящейся на расстоянии более 40 световых лет от нас.

Команда поняла, что температурные инверсии характерны для таких планет, как Юпитер и Сатурн. Люди все еще пытаются понять причину нагрева стратосферы, но ведущие теории Солнечной системы предполагают внешний нагрев полярного сияния и внутреннюю передачу энергии из глубин атмосферы (первое объяснение является ведущим).

Это не первый раз, когда полярные сияния используются для объяснения наблюдений за коричневыми карликами. Астрономы обнаружили радиоизлучение нескольких более теплых коричневых карликов и назвали полярные сияния наиболее вероятным объяснением. Наземные телескопы, такие как обсерватория Кека, искали инфракрасные сигнатуры этих радиоизлучающих коричневых карликов, чтобы дополнительно охарактеризовать это явление, но никаких выводов сделано не было.

W1935 — первый объект-кандидат на полярное сияние с характеристиками выброса метана за пределами Солнечной системы. Это также самый холодный кандидат на полярное сияние за пределами Солнечной системы, с эффективной температурой около 400 градусов по Фаренгейту (200 градусов по Цельсию), что примерно на 600 градусов по Фаренгейту выше, чем у Юпитера.

В Солнечной системе солнечный ветер вносит основной вклад в полярные сияния, при этом активные спутники, такие как Ио и Энцелад, играют роль в таких планетах, как Юпитер и Сатурн соответственно. У W1935 вообще нет звезды-компаньона, поэтому звездные ветры не могут способствовать этому явлению. В настоящее время неизвестно, мог ли активный спутник сыграть роль в выбросах метана W1935.

«Благодаря W1935 мы теперь имеем впечатляющее расширение явления Солнечной системы без какого-либо звездного излучения, которое могло бы его объяснить», — отметил Фаэрти. «С помощью телескопа Уэбба мы действительно можем «открыть капот» химических реакций и понять, насколько схожи или различны полярные сияния за пределами Солнечной системы», — добавила она.

Источник составления: ScitechDaily.