Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб», ученые проанализировали атмосферу звездной системы коричневых карликов WISE‑0458, находящейся на расстоянии 30 световых лет от Земли, и впервые обнаружили в ней цианистый водород и ацетилен.
Коричневые карлики нередко называют «провалившимися звездами», поскольку их масса варьируется от 13 до 80 масс Юпитера, что не позволяет им инициировать устойчивый синтез водорода, который свойственен другим звездам. Эти объекты формируются из газовых облаков, подобно звездам, и постепенно остывают. Астрономы классифицируют коричневые карлики на четыре основных спектральных класса: M (но не выше M7), L, T, Y, расположенных в порядке убывания температуры).
Максимальная температура коричневых карликов класса L не превышает 2227° C, а у самых холодных представителей (класс Y) она достигает 27 °C. Благодаря этим условиям в атмосферах этих небесных тел могут образовываться сложные соединения, такие как вода (H₂O), метан (CH₄) и аммиак (NH₃), которые проявляются в инфракрасных спектрах.
Изучив атмосферы звезд системы WISE‑0458 (также известной как WISE J045853.90+643451.9) в среднем инфракрасном диапазоне с использованием спектрографа MIRI, установленного на космическом телескопе «Уэбб», ученые представили результаты в новой научной работе, выложенной на сервере препринтов Корнеллского университета, выявили в них цианистый водород (HCN) и ацетилен (C₂H₂).
Оба небесных тела в исследованной звездной системе принадлежат к одной из самых «холодных» групп: их температура приблизительно составляет 327 °C и 227 °C. До недавнего времени предполагалось, что атмосферы коричневых карликов класса Т обладают схожими характеристиками.
Исследовательская группа во главе с Элизабет К. Мэтьюз ( Elisabeth C. Matthews) астроном из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) провела анализ спектральных данных и, как и ожидалось, выявила наличие молекул воды, метана и аммиака, проявляющихся в виде характерных линий поглощения.
Обнаружение двух редких соединений – цианистого водорода и ацетилена – стало неожиданностью. Высокая концентрация HCN свидетельствует о значительном вертикальном перемешивании молекул в атмосфере WISE-0458. Астрономы считают, что это указывает на быстрое поднятие горячих газов из глубин атмосферы, что привело к «заморозке» химических реакций и сохранению цианистого водорода на высотах, где его можно наблюдать.
Объяснить высокие концентрации ацетилена в атмосферах коричневых карликов оказалось сложной задачей, поскольку стандартные модели не предсказывали подобного явления. Например, на Юпитере C₂H₂ формируется благодаря воздействию солнечного света, который расщепляет метан, однако WISE-0458 не подвергается подобному излучению. Кроме того, даже интенсивное перемешивание или повышенная металличность атмосферы не способны объяснить его наличие в столь значительных количествах.
Существуют различные предположения относительно причин высокой концентрации C₂H₂, в частности, это может быть связано с магнитной активностью, вызывающей полярные сияния, либо с ударами молний, которые ионизируют газы и провоцируют нетипичные химические реакции.
«Это открытие знаменует начало новой эпохи в исследовании химии субзвездных объектов и позволяет детально изучить процессы формирования и эволюции молекулярного состава не только коричневых карликов, но и экзопланет, обладающих схожими атмосферными условиями», — объяснили авторы нового исследования.
Анализ полученных данных показал, что «Уэбб» обладает выдающимися возможностями для изучения холодных атмосфер, позволяющими с высокой точностью определять даже незначительные концентрации молекул. Для понимания загадочных химических процессов, обнаруженных в системе WISE-0458, и для уточнения имеющихся данных потребуются дополнительные исследования и наблюдения с использованием других астрономических приборов.