Вебб НАСА виявив ознаки можливих полярних сяйв на ізольованому коричневому карлику

 Інфрачервоне випромінювання метану передбачає нагрівання атмосфери з допомогою полярних сяйв.

Відео: Вебб НАСА виявив ознаки можливих полярних сяйв на ізольованому коричневому карлику

Астрономи, що використовують космічний телескоп Джеймса Вебба НАСА, виявили коричневого карлика (об'єкт масивніший, ніж Юпітер, але менший, ніж зірка) з інфрачервоним випромінюванням метану, ймовірно, через енергію в його верхніх шарах атмосфери. Це несподіване відкриття, оскільки коричневий карлик W1935 холодний і не має батьківської зірки; отже, немає очевидного джерела енергії верхніх шарів атмосфери. Команда передбачає, що викиди метану можуть бути викликані процесами, що породжують полярні сяйва, пишуть Артефакти.

Ці результати будуть представлені на 243 зборах Американського астрономічного товариства в Новому Орлеані.

Щоб допомогти пояснити таємницю інфрачервоного випромінювання метану, команда звернулася до нашої Сонячної системи. Викиди метану – загальна риса газових гігантів, таких як Юпітер та Сатурн. Нагрів верхніх шарів атмосфери, який приводить у дію це випромінювання, пов'язаний із полярними сяйвами.

На Землі полярні сяйва виникають, коли енергійні частки, які несуть у космос від Сонця, захоплюються магнітним полем Землі. Вони каскадом спускаються в нашу атмосферу вздовж ліній магнітного поля поблизу полюсів Землі, зіштовхуючись із молекулами газу та створюючи моторошні танцюючі завіси світла. Юпітер і Сатурн мають схожі полярні сяйва, які включають взаємодію із сонячним вітром, але вони також отримують полярні сяйва від прилеглих активних супутників, таких як Іо (для Юпітера) та Енцелад (для Сатурна).

Для ізольованих коричневих карликів, таких як W1935, відсутність зоряного вітру, який сприяв би полярному сяйві і пояснював додаткову енергію у верхніх шарах атмосфери, необхідну викиду метану, залишається загадкою. Команда передбачає, що або невраховані внутрішні процеси, такі як атмосферні явища Юпітера і Сатурна, або зовнішні взаємодії або з міжзоряною плазмою, або з найближчим активним місяцем, можуть допомогти пояснити викиди.

Детективна історія

Відкриття полярного сяйва розігралося як детектив. Команда під керівництвом Джекі Фаерті, астронома з Американського музею природної історії в Нью-Йорку, отримала час із телескопом Вебба для дослідження 12 холодних коричневих карликів. Серед них були W1935 — об'єкт, який був виявлений цивільним вченим Деном Кеселденом, який працював із проектом зоовселеного Backyard Worlds, — та W2220, об'єкт, який був виявлений за допомогою Wide Field Infrared Survey Explorer НАСА. Вебб у найдрібніших деталях розкрив, що W1935 та W2220 за складом здаються близькими клонами один одного. Вони також мали схожу яскравість, температуру та спектральні характеристики води, аміаку, чадного газу та вуглекислого газу. Яскравим винятком було те, що W1935 демонстрував виділення метану на відміну від очікуваної особливості поглинання, яка спостерігалася у W2220. Це було помічено на певній інфрачервоній довжині хвилі, до якої Вебб унікально чутливий.

«Ми очікували побачити метан, тому що метан присутній усюди в цих коричневих карликах. Але замість поглинання світла ми побачили протилежне: метан світився. Моя перша думка була: якого біса? Чому з цього об'єкта виходить викид метану? - сказав Фаерті.

Команда використовувала комп'ютерні моделі, щоб зробити висновок, що може бути причиною викиду. Робота з моделювання показала, що W2220 мав очікуваний розподіл енергії по всій атмосфері, стаючи все холоднішим із збільшенням висоти. З іншого боку, W1935 дав несподіваний результат. Найкраща модель віддавала перевагу температурній інверсії, при якій атмосфера ставала теплішою зі збільшенням висоти. "Ця температурна інверсія дійсно спантеличує", - сказав Бен Бернінгем, співавтор з Університету Хартфордшира в Англії і провідний розробник моделі. «Ми бачили таке явище на планетах із прилеглою зіркою, яка може нагрівати стратосферу, але бачити це в об'єкті без очевидного зовнішнього джерела тепла — це дикість».

Підказки з нашої Сонячної системи

У пошуках підказок команда оглянула наше власне подвір'я, планети нашої Сонячної системи. Планети-газові гіганти можуть бути аналогом того, що відбувається на відстані понад 40 світлових років від Землі в атмосфері W1935.

Команда зрозуміла, що температурні інверсії помітні таких планетах, як Юпітер і Сатурн. Робота над розумінням причин нагріву стратосфери все ще продовжується, але провідні теорії Сонячної системи передбачають зовнішнє нагрівання полярними сяйвами та внутрішнє перенесення енергії з глибших шарів атмосфери (перше пояснення є основним).

Кандидати в коричневі карлики Аврори в контексті

Це не вперше, коли полярне сяйво використовується для пояснення спостереження коричневого карлика. Астрономи виявили радіовипромінювання, що виходить від кількох тепліших коричневих карликів, і назвали полярні сяйва найімовірнішим поясненням. За допомогою наземних телескопів, таких як обсерваторія Кека, проводилися пошуки інфрачервоних сигнатур цих випромінюючих радіокоричневих карликів, щоб додатково охарактеризувати це явище, але вони виявилися безрезультатними.

W1935 - перший кандидат у полярні сяйва за межами Сонячної системи, що має ознаки викиду метану. Це також найхолодніший кандидат на полярне сяйво за межами нашої Сонячної системи, з ефективною температурою близько 400 градусів за Фаренгейтом (200 градусів за Цельсієм), що приблизно на 600 градусів за Фаренгейтом тепліше, ніж у Юпітера.

У нашій Сонячній системі сонячний вітер є основним джерелом полярних сяйв, а активні супутники, такі як Іо та Енцелад, відіграють роль для таких планет, як Юпітер та Сатурн відповідно. У W1935 повністю відсутня зірка-компаньйон, тому зірковий вітер не може сприяти цьому явищу. Ще потрібно з'ясувати, чи може активний місяць зіграти роль у викиді метану в W1935.

"Завдяки W1935 ми тепер маємо вражаюче розширення явища Сонячної системи без будь-якого зіркового випромінювання, яке могло б допомогти в поясненні". – зазначив Фаерті. "Завдяки Веббу ми дійсно можемо "відкрити капот" на хімію і зрозуміти, наскільки схожими або різними можуть бути полярні сяйва за межами нашої Сонячної системи", - додала вона.

Космічний телескоп Джеймса Вебба – провідна у світі обсерваторія космічної науки. Вебб розгадує таємниці нашої Сонячної системи, заглядає в далекі світи навколо інших зірок і досліджує загадкові структури та походження нашого Всесвіту та наше місце у ньому. Вебб - це міжнародна програма, яку очолює НАСА спільно зі своїми партнерами, ЄКА (Європейське космічне агентство) та Канадським космічним агентством.

Відео: Моторошний погляд на Іо, самий вулканічний світ Сонячної системи