оричневые карлики массой вдвое больше Юпитера появились в молодой области звездообразования IC 348, поднимая обманчиво простой вопрос: насколько маленьким может быть объект и всё ещё формироваться как звезда? Космический телескоп Джеймса Уэбба теперь обнаружил коричневые карлики с массами всего примерно вдвое больше массы Юпитера. Один из них может даже быть окружён диском — структурой того типа, из которой могут расти планеты.
Эти объекты не являются звёздами. Звезда становится звездой, когда её ядро становится достаточно горячим и плотным, чтобы превращать обычный водород в гелий. Коричневые карлики формируются через коллапс газа, как и звёзды, но они никогда не достигают этого порога. Они занимают неуютную промежуточную позицию между самыми маленькими звёздами и самыми большими планетами, и именно поэтому астрономы продолжают искать нижний предел.
Почему IC 348 — такая полезная лаборатория
IC 348 находится на расстоянии около 1000 световых лет в области звездообразования Персея и имеет возраст всего около пяти миллионов лет. Эта молодость помогает поиску. Коричневые карлики ещё тёплые от своего формирования, поэтому они ярко светятся в инфракрасном свете, хотя и не светят за счёт устойчивого термоядерного синтеза водорода.
Команда сначала обследовала скопление с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона Уэбба, или NIRCam, ища слабые красные объекты, цвет и яркость которых отделяли их от обычных звёзд и далёких галактик. Наиболее перспективные кандидаты затем были изучены с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба, NIRSpec. Спектроскопия превращает точку света в набор химических и физических подсказок: температуру, состав и признаки атмосферы можно проверить, а не угадывать по изображению.
Насколько «мал» здесь «мал»?
Новые наблюдения достигли объектов весом около двух масс Юпитера. Это всего около 0,19 процента массы Солнца. Более ранние наблюдения Уэбба в том же скоплении выявили свободно плавающие коричневые карлики с массами от трёх до четырёх масс Юпитера; более глубокая работа теперь опускает известную популяцию ещё ниже.
Сравнение масс может вводить в заблуждение, если относиться к нему как к определению. Юпитер — планета, потому что он вращается вокруг Солнца и сформировался внутри планетной системы. Свободно плавающий коричневый карлик может иметь похожую массу, формируясь непосредственно из коллапсирующего облака. Вопрос, следовательно, не только в том, насколько тяжёл объект. Вопрос в том, как он возник.
Современные модели формирования имеют неудобный пробел. Относительно легко создать гигантскую планету в диске вокруг звезды. Труднее заставить облако всего с несколькими массами Юпитера коллапсировать самостоятельно, потому что его гравитация слаба. Команда утверждает, что объекты IC 348 скорее являются коричневыми карликами, чем планетами, выброшенными из других систем, отчасти потому, что скопление настолько молодо, а гигантские планеты вокруг его маломассивных звёзд должны быть редки. Потребуется больше объектов, чтобы решить, сохраняется ли это объяснение.
Диск вокруг объекта, едва тяжелее планеты
Один из самых лёгких коричневых карликов показывает признаки диска. Это важно, потому что диски — не просто кольца оставшейся пыли: вокруг молодых звёзд они являются средами, где могут собираться планеты. Если диск может сохраняться вокруг объекта лишь немного массивнее Юпитера, это поднимает новый вопрос. Могут ли очень маленькие, звездоподобные объекты иметь свои собственные миниатюрные планетные системы?
Наблюдение не показывает планету в этом диске и не говорит нам, как долго диск просуществует. Оно показывает, что граница между «планетными» и «звёздными» средами может быть сложнее, чем простое отсечение по массе.
Уэбб также нашёл молекулу, которую никто не ожидал
Спектры принесли ещё один сюрприз. Два коричневых карлика показывают инфракрасную особенность, приписываемую неопознанному углеводороду — молекуле из водорода и углерода. Похожая сигнатура появлялась в атмосферах Сатурна и Титана и в газе между звёздами, но это первое сообщённое обнаружение этой особенности в объекте за пределами Солнечной системы.
Атмосферные модели для коричневых карликов не предсказывали её. Это не означает, что химия чужда в научно-фантастическом смысле; это означает, что модели просят описать более холодный, молодой и маломассивный режим, чем тот, для которого они создавались. Новые наблюдения должны определить, какая молекула ответственна и появляется ли она в других малых коричневых карликах.
Что изображение может — и чего не может — сказать нам
Изображение IC 348 от Уэбба впечатляет, потому что показывает светящийся газ, новорождённые звёзды, джеты и поле далёких галактик в одной насыщенной сцене. Само открытие пришло из менее гламурной работы за этим изображением: отбора кандидатов, отделения их от фоновых галактик и чтения их спектров. Изображение раскрывает окрестности; спектр проверяет объекты внутри них.
Именно это сочетание позволяет результату выходить за пределы нового рекорда. Если объекты с двумя массами Юпитера действительно могут формироваться через звёздообразующий процесс, то теории звездообразования должны объяснить, как работает гравитация на её наименьшем масштабе. Если некоторые окажутся вместо этого планетами-сиротами, астрономам придётся проследить другую историю. В любом случае самые маленькие огни в IC 348 задают большой вопрос: где звезда перестаёт быть звездой?
Источники и дополнительная литература: NASA; James Webb Space Telescope; IC 348 research team.
Ваш комментарий