Провалившиеся звёзды»: телескоп SPHEREx заглянул в готические атмосферы коричневых карликов

Используя космический аппарат NASA SPHEREx, астрономы изучили множество «провалившихся звёзд», также известных как коричневые карлики.

Эти странные космические тела находятся на границе между планетами и звёздами: их масса составляет от 13 до 80 масс Юпитера (от 0,013 до 0,08 массы Солнца). Прозвище «провалившиеся звёзды» они получили потому, что формируются так же, как звёзды, — из коллапсирующих облаков газа и пыли, — но не набирают достаточной массы, чтобы запустить в своих недрах синтез водорода в гелий, процесс, который питает настоящие звёзды.

Этот же процесс формирования означает, что коричневые карлики — космические одиночки, блуждающие в темноте космоса без света родительской звезды. Такое описание могло бы звучать как строчка из песни Type O Negative («Black No. 1», кто-нибудь?). И это уместно, по словам руководителя нового исследования, которое показывает, что, с химической точки зрения, атмосферы этих тёмных и облачных миров не так уж непохожи на атмосферы газовых гигантов нашей Солнечной системы.

«Они своего рода готы, — сказал в заявлении Зафар Рустамкулов из Калифорнийского технологического института (Caltech). — В отличие от экзопланет, свободно плавающие коричневые карлики — это полностью независимые небесные объекты, которые в одиночестве растворятся в вечности. Мы всё ещё учимся понимать, насколько они сложны».

Рустамкулов добавил, что с орбиты Земли SPHEREx — сокращение от Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer — видит длины волн света, которые почти невозможно наблюдать с наземных телескопов, поскольку вода в атмосфере Земли их поглощает. Это важно для того, чтобы пролить свет на коричневые карлики.

«Мы улавливаем свет из глубоких красных облаков коричневых карликов по всему небу», — сказал он.

Лес (коричневых карликов)

Коричневые карлики оставались в некоторой степени загадочными с момента их открытия в 1990-х годах, поскольку небольшое количество ядерного синтеза, происходящего внутри них, заставляет их излучать не более чем слабое свечение. Это означает, что наше понимание их состава, их штормов и их эволюции на самом деле происходит только из теории.

Чтобы помочь развеять эту наблюдательную тьму, команда обратилась к данным SPHEREx. Они изучили 37 близлежащих коричневых карликов в спектре света, включающем 102 длины волны — от самого глубокого красного, который видит наш глаз, до невидимого инфракрасного света. Эти местные «провалившиеся звёзды» охватывали весь температурный диапазон коричневых карликов — от 4000 градусов по Фаренгейту до минус 10 градусов по Фаренгейту (от 2200 до минус 20 градусов по Цельсию).

Учитывая, что температура Солнца составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту (5500 градусов по Цельсию), можно определённо сказать, что коричневые карлики холодны.

Спектры коричневых карликов, полученные SPHEREx, позволили команде установить, что их атмосферы химически богаты водой, углекислым газом, угарным газом и метаном.

«Мы видим сигнатуры этих молекул и то, как они меняются от объекта к объекту во всём температурном режиме, — сказал член команды Дж. Дэви Киркпатрик, также из Caltech. — Наша статья сосредоточена всего на трёх десятках, но у нас есть тысячи других, которые мы сейчас анализируем. Мне действительно хочется увидеть, какие границы Вселенная ставит разнообразию коричневых карликов».

Все мои цвета

Коричневые карлики регулярно наблюдались и другими телескопами, включая космический телескоп NASA James Webb и теперь уже выведенный из эксплуатации телескоп Spitzer, но широкий охват длин волн SPHEREx сделал его особенно полезным для наблюдения этих «провалившихся звёзд». Это хорошая новость для астрономов, ожидающих изменений в атмосферах коричневых карликов по мере их старения и охлаждения.

Исследователи обнаружили, что некоторые коричневые карлики, наблюдаемые SPHEREx, находятся на стадии экстремальных изменений, когда их облака рассеиваются, создавая атмосферы, богатые метаном.

Команда, возможно, и обнаружила значительные новые детали о коричневых карликах, но в отношении этих странных небесных объектов она всё ещё находится на пресловутой улице загадок.

«Современные модели улавливают общую химическую тенденцию, но когда дело доходит до этих облачных переходов, модели с трудом соответствуют данным, — сказал Рустамкулов. — Нет двух одинаковых коричневых карликов. Даже при одинаковой температуре их спектры выглядят совершенно по-разному».

«Это путешествие превратило многих из нас в случайных метеорологов. Мы знаем, как трудно предсказывать погоду на нашей собственной планете, и понимаем, что объяснить явления, которые мы видим в этих причудливых холодных объектах, будет так же сложно, — сказал Киркпатрик. — Эти findings — призыв к действию: исследовать ещё больше этих тёмных миров».

Пока астрономы откликаются на этот призыв к действию, я буду размышлять о том, как можно было бы вписать готическую классику Bauhaus «Bela Lugosi is Dead» в эту статью.

Исследование команды было опубликовано 28 сентября в The Astrophysical Journal.

Источники: NASA, Caltech, The Astrophysical Journal (публикация от 28 сентября).