Використовуючи нові спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), астрономи виявили викиди метану на коричневому карлику, що є несподіваною знахідкою для такого холодного та ізольованого світу. Результати, опубліковані в журналі Nature, свідчать про те, що цей коричневий карлик може генерувати полярні сяйва, схожі на ті, що спостерігаються на нашій планеті, а також на Юпітері та Сатурні.
Масивніші за планети, але легші за зірки, коричневі карлики всюдисущі в наших сонячних околицях, їх ідентифіковано тисячі. Минулого року Джекі Фаерті, старший науковий співробітник і старший менеджер з освіти в Американському музеї природної історії, очолила групу дослідників, які отримали час на JWST для дослідження 12 коричневих карликів.
Серед них був CWISEP J193518.59–154620.3 (або скорочено W1935) — холодний коричневий карлик на відстані 47 світлових років від нас, який спільно відкрили Backyard Worlds: Planet 9, громадський науковий волонтер Ден Каселден і команда NASA CatWISE. W1935 — холодний коричневий карлик із температурою поверхні близько 400° за Фаренгейтом. Маса W1935 недостатньо відома, але вона, ймовірно, коливається від шести до 35-кратної маси Юпітера.
Переглянувши ряд коричневих карликів, які спостерігали за допомогою JWST, команда Фаерті помітила, що W1935 виглядає схожим, але з одним вражаючим винятком: він виділяє метан, чого ніколи раніше не бачили на коричневому карлику.
«Газ метан очікується на планетах-гігантах і коричневих карликах, але зазвичай ми бачимо, що він поглинає світло, а не світиться», — сказав Фаерті, провідний автор дослідження. «Спочатку ми були збентежені тим, що бачимо, але зрештою це перетворилося на чисте хвилювання від відкриття».
Комп’ютерне моделювання принесло ще один сюрприз: коричневий карлик, ймовірно, має температурну інверсію, явище, при якому атмосфера стає теплішою зі збільшенням висоти. Температурні інверсії можуть легко статися з планетами, що обертаються навколо зірок, але W1935 є ізольованим, без явного зовнішнього джерела тепла.
“Ми були приємно шоковані, коли модель чітко передбачила температурну інверсію”, – сказав співавтор Бен Бернінгем з Університету Хартфордшира. «Але нам також потрібно було з’ясувати, звідки береться додаткове тепло верхніх шарів атмосфери».
Щоб дослідити, дослідники звернулися до нашої Сонячної системи. Зокрема, вони розглянули дослідження Юпітера та Сатурна, які демонструють викиди метану та температурні інверсії. Ймовірною причиною цієї особливості на гігантах Сонячної системи є полярні сяйва, тому дослідницька група припустила, що вони виявили те саме явище на W1935.
Планетологам відомо, що однією з головних причин полярних сяйв на Юпітері та Сатурні є високоенергетичні частинки від Сонця, які взаємодіють з магнітними полями й атмосферами планет, нагріваючи верхні шари. Це також є причиною полярних сяйв, які ми бачимо на Землі, які зазвичай називають Північним або Південним сяйвом, оскільки вони найбільш незвичайні поблизу полюсів. Але через відсутність головної зірки для W1935 сонячний вітер не може внести свій внесок у пояснення.
Існує ще одна приваблива причина полярного сяйва в нашій Сонячній системі. І Юпітер, і Сатурн мають активні супутники, які час від часу викидають речовину в космос, взаємодіють з планетами та посилюють полярне сяйво на цих світах. Супутник Юпітера, Іо, є найбільш вулканічно активним світом у Сонячній системі, викидаючи фонтани лави на десятки миль у висоту, а супутник Сатурна, Енцелад, викидає водяну пару зі своїх гейзерів, які одночасно замерзають і киплять, коли потрапляють у космос.
Потрібні додаткові спостереження, але дослідники припускають, що одним з пояснень полярного сяйва на W1935 може бути активний супутник, який ще не відкрито.
«Щоразу, коли астроном спрямовує JWST на об’єкт, є ймовірність нового приголомшливого відкриття», — сказав Фаерті. «Коли ми розпочинали цей проект, викиди метану не були на моєму радарі, але тепер, коли ми знаємо, що вони можуть бути присутніми, і пояснення цього настільки привабливі, я постійно стежу за ними. Це частина того, як наука просувається вперед».