«Джеймс Уэбб» заметил нагрев стратосферы холодного коричневого карлика полярными сияниями

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил излучение метана в атмосфере изолированного холодного коричневого карлика W1935. Оно объясняется наличием полярных сияний на нем, которые вызывают повышенный нагрев стратосферы карлика. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Считается, что ультрахолодные карлики, к которым относятся звезды с самыми малыми массами, а также коричневые карлики, занимающие промежуточное положение между звездами и планетами-гигантами, способны генерировать полярные сияния. В пользу этого говорят данные наблюдений — около пяти процентов ультрахолодных карликов демонстрируют сильно поляризованные модулированные радиоимпульсы, связанные с нестабильностью электронно-циклотронного мазера — процесса, который управляет радиоизлучением полярных сияний на планетах Солнечной системы.

Группа астрономов во главе с Жаклин Фаэрти (Jacqueline K. Faherty) из отдела астрофизики Американского музея естественной истории опубликовала данные спектроскопических наблюдений за коричневыми карликами W2220 и W1935 при помощи инструмента NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб».

Оба изолированных карлика относятся к Y-типу, подобные объекты являются очень холодными — рекордно холодный коричневый карлик такого типа всего на сто кельвинов теплее Юпитера. Возраст обоих карликов лежит в диапазоне 0,5–9,5 миллиарда лет. Радиусы W1935 и W2220 составляют 0,95 и 0,94 радиуса Юпитера, эффективные температуры — 482 и 480 кельвин соответственно, а масса — от 6 до 35 масс Юпитера.

Спектры обоих карликов похожи друг на друга и демонстрируют наличие CH₄, CO, CO₂, H₂O и NH₃ в их атмосферах, однако W1935 демонстрирует также явное излучение метана на длине волны 3,326 микрометра, в то время как у второго карлика этого не наблюдается. Сравнение с атмосферными моделями говорит в пользу тепловой инверсии в стратосфере W1935 — температура на высотах, соответствующих давлению 1–10 миллибар, составляет около трехсот кельвинов.

Подобный разогрев стратосферы можно объяснить излучением родительской звезды, однако у W1935 ее нет. Возможна также версия переноса энергии вертикально распространяющимися волнами из более глубоких слоев атмосферы, однако она кажется маловероятной. Лучше всего, по мнению ученых, подходит идея нагрева стратосферы за счет генерации полярных сияний, что наблюдалось в случае Юпитера. При этом ученые не наблюдают излучения ионов H₃⁺, которые также связаны с полярными сияниями на планетах-гигантах, предполагается, что их время жизни в атмосфере W1935 очень мало из-за высокой плотности газа.

Ранее мы рассказывали о том, как впервые было зафиксировано радиоизлучение от экзопланеты, также связанное с потенциальными полярными сияниями.