На коричневом карлике возрастом 10 млрд лет обнаружили облакообразующий химикат

Фото из открытых источников

Используя данные, собранные телескопом «Джемини-Юг» Национального научного фонда (NSF) и космическим телескопом имени Джеймса Уэбба (NASA/ESA/CSA), астрономы обнаружили следы метана (CH₂), воды (H₂O) и силана (SiH₂) на холодном коричневом карлике WISEA J153429.75-104303.3 (сокращенно W1534). Хотя силан, как ожидается, служит основным источником кремния, элемента, формирующего облака в газовых гигантах, до сих пор он оставался незамеченным, поскольку он удаляется из наблюдаемых атмосфер из-за образования силикатных облаков на глубине. Их статья была опубликована в журнале Nature.

W1534, получивший прозвище «Катастрофа», находится на расстоянии около 50 световых лет от Земли в созвездии Весов.

Этот коричневый карлик, вероятно, образовался 10–12 миллиардов лет назад, что делает его одним из старейших когда-либо обнаруженных коричневых карликов.

Впервые объект был обнаружен в 2020 году ученым-любителем, участвовавшим в гражданском научном проекте Backyard Worlds: Planet 9.

Его странный профиль света привлек внимание астрономов, поэтому они обратились к двум самым мощным в мире наземным и космическим телескопам, чтобы заглянуть в его атмосферу и лучше понять ее природу и состав.

Расследование началось с того, что астроном Сэнди Леггетт из лаборатории NOIRLab Национального научного фонда получил изображения W1534 в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью телескопа Gemini South в Чили, входящего в состав Международной обсерватории Gemini.

Это заложило основу для дальнейших исследований, которые возглавил астроном NOIRLab Аарон Мейснер с использованием телескопа Уэбба.

«W1534 чрезвычайно тусклый, и Gemini South остается единственным наземным телескопом, который до сих пор смог его обнаружить», — сказал Мейснер. «Обнаружение «Джемини» подготовило почву для наблюдений с «Уэббом», позволив нам оценить время экспозиции, необходимое для исследования глубоких слоев атмосферы этого загадочного объекта и получения полезных данных в ближнем инфракрасном диапазоне о его составе».

В атмосфере W1534 группа обнаружила убедительные следы химического силана — кремния, связанного с четырьмя атомами водорода.

Планетологи давно предсказывали, что эта молекула существует в газовых гигантах и играет важную роль в образовании облаков в их атмосферах.

Несмотря на десятилетия поисков, его не удалось обнаружить в атмосферах газовых гигантов нашей Солнечной системы — Юпитера и Сатурна, а также в тысячах атмосфер коричневых карликов и газовых гигантов вокруг других звезд, которые ученые изучали.

Это первое обнаружение силана в коричневом карлике, экзопланете или объекте Солнечной системы.

Тот факт, что эта молекула не была обнаружена нигде, кроме одного-единственного пекулярного коричневого карлика, дает некоторые основания предполагать особенности химии, происходящей в столь древних средах.

«Иногда именно экстремальные объекты помогают нам понять, что происходит с обычными», — говорит Джеки Фаэрти из Американского музея естественной истории.

Присутствие силана в атмосфере W153 позволяет предположить, что в очень старых объектах кремний может связываться с водородом, образуя легкую молекулу, способную достигать верхних слоев атмосферы газового гиганта.

Но в объектах, которые образовались позже, таких как Юпитер и Сатурн, кремний связывается с более доступным кислородом, создавая более тяжелые молекулы, которые опускаются глубоко под поверхностные слои атмосферы, где они не могут быть обнаружены нашими телескопами.

Обнаруженные в атмосфере W153 доказательства подтверждают понимание астрономами того, как формируются облака на газовых гигантах, и дают важное представление о том, как первичное формирование может повлиять на состав атмосферы планеты.

Кроме того, это показывает, как мир, образовавшийся миллиарды лет назад, может кардинально отличаться от мира, сформировавшегося на заре нашей Солнечной системы.

«Образование и обнаружение силана демонстрирует ключевые связанные связи между составом, образованием облаков и атмосферным перемешиванием в атмосферах холодных коричневых карликов и планет», — заключили авторы.