|
Обнаружили полярные сияния на коричневом карлике
|
|
|
|
Астрономы, использующие космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба, обнаружили коричневого карлика (объект более массивный, чем Юпитер, но меньший, чем звезда) с инфракрасным излучением метана, вероятно, из-за энергии в его верхних слоях атмосферы. Это неожиданное открытие, поскольку коричневый карлик W1935 холоден и у него нет родительской звезды; следовательно, нет очевидного источника энергии верхних слоев атмосферы. Команда предполагает, что выбросы метана могут быть вызваны процессами, порождающими полярные сияния. Эти результаты будут представлены на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане. Чтобы помочь объяснить тайну инфракрасного излучения метана, команда обратилась к нашей Солнечной системе. Выбросы метана — общая черта газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Нагрев верхних слоев атмосферы, который приводит в действие это излучение, связан с полярными сияниями.
|
|
|
|
На Земле полярные сияния возникают, когда энергетические частицы, уносимые в космос от Солнца, захватываются магнитным полем Земли. Они ниспадают в нашу атмосферу вдоль линий магнитного поля вблизи полюсов Земли, сталкиваясь с молекулами газа и создавая жуткие танцующие завесы света. Юпитер и Сатурн имеют схожие полярные сияния, которые включают взаимодействие с солнечным ветром, но они также получают полярные сияния от близлежащих активных спутников, таких как Ио (для Юпитера) и Энцелад (для Сатурна). Для изолированных коричневых карликов, таких как W1935, отсутствие звездного ветра, который способствовал бы полярному сиянию и объяснял дополнительную энергию в верхних слоях атмосферы, необходимую для выброса метана, остается загадкой. Команда предполагает, что либо неучтенные внутренние процессы, такие как атмосферные явления Юпитера и Сатурна, либо внешние взаимодействия либо с межзвездной плазмой, либо с ближайшей активной луной, могут помочь объяснить выбросы.
|
|
|
Открытие полярного сияния разыгралось как детектив. Команда под руководством Джеки Фаэрти, астронома из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке, получила время с телескопом Уэбба для исследования 12 холодных коричневых карликов. Среди них были W1935 — объект, который был обнаружен гражданским ученым Дэном Кэселденом, который работал с проектом Backyard Worlds Zooniverse, — и W2220, объект, который был обнаружен с помощью Wide Field Infrared Survey Explorer НАСА. Уэбб в мельчайших деталях раскрыл, что W1935 и W2220 по составу кажутся близкими клонами друг друга. Они также имели схожую яркость, температуру и спектральные характеристики воды, аммиака, угарного газа и углекислого газа. Ярким исключением было то, что W1935 демонстрировал выделение метана, в отличие от ожидаемой особенности поглощения, которая наблюдалась у W2220. Это было замечено на определенной инфракрасной длине волны, к которой Уэбб уникально чувствителен.
|
|
|
|
«Мы ожидали увидеть метан, потому что метан повсюду в этих коричневых карликах. Но вместо того, чтобы поглощать свет, мы увидели прямо противоположное: метан светился. Моя первая мысль была: какого черта? Почему из этого объекта исходит излучение метана?» ?" — сказал Фаэрти. Команда использовала компьютерные модели, чтобы сделать вывод о том, что может быть причиной выброса. Работа по моделированию показала, что W2220 имел ожидаемое распределение энергии по всей атмосфере, становясь все холоднее с увеличением высоты. С другой стороны, W1935 дал неожиданный результат. Лучшая модель предпочитала температурную инверсию, при которой атмосфера становилась теплее с увеличением высоты. «Эта температурная инверсия действительно озадачивает», — сказал Бен Бернингем, соавтор из Университета Хартфордшира в Англии и ведущий разработчик модели. «Мы видели такого рода явление на планетах с близлежащей звездой, которая может нагревать стратосферу, но видеть это в объекте без очевидного внешнего источника тепла — это дикость».
|
|
|
|
В поисках подсказок команда изучила у нас на заднем дворе планеты нашей Солнечной системы. Планеты-газовые гиганты могут служить аналогом того, что происходит на расстоянии более 40 световых лет от Земли в атмосфере W1935. Команда поняла, что температурные инверсии заметны на таких планетах, как Юпитер и Сатурн. Работа над пониманием причин нагрева стратосферы все еще продолжается, но ведущие теории Солнечной системы предполагают внешнее нагревание полярными сияниями и внутренний перенос энергии из более глубоких слоев атмосферы (первое объяснение является основным). Это не первый раз, когда полярное сияние используется для объяснения наблюдения коричневого карлика. Астрономы обнаружили радиоизлучение, исходящее от нескольких более теплых коричневых карликов, и назвали полярные сияния наиболее вероятным объяснением. С помощью наземных телескопов, таких как обсерватория Кека, проводились поиски инфракрасных сигнатур этих радиоизлучающих коричневых карликов, чтобы дополнительно охарактеризовать это явление, но они не дали результатов.
|
|
|
|
W1935 — первый кандидат в полярные сияния за пределами Солнечной системы, имеющий признаки выброса метана. Это также самый холодный кандидат на полярные сияния за пределами нашей Солнечной системы, с эффективной температурой около 400 градусов по Фаренгейту (200 градусов по Цельсию), что примерно на 600 градусов по Фаренгейту теплее, чем у Юпитера. В нашей Солнечной системе солнечный ветер является основным источником полярных сияний, а активные спутники, такие как Ио и Энцелад, играют роль для таких планет, как Юпитер и Сатурн, соответственно. У W1935 полностью отсутствует звезда-компаньон, поэтому звездный ветер не может способствовать этому явлению. Еще предстоит выяснить, может ли активная луна сыграть роль в выбросе метана на W1935. «С W1935 мы теперь имеем впечатляющее расширение явления Солнечной системы без какого-либо звездного излучения, которое могло бы помочь в объяснении», — отметил Фаэрти. «Благодаря Уэббу мы действительно можем «открыть капот» на химию и понять, насколько похожими или разными могут быть полярные сияния за пределами нашей Солнечной системы», — добавила она.
|
|
|
|
Источник
|
