«Вебб» знайшов у IC 348 коричневі карлики рекордно малої маси

Космічний телескоп NASA «Джеймс Вебб» знайшов у молодому зоретворному регіоні IC 348 коричневі карлики з оціненою масою до приблизно двох мас Юпітера. Ці вільні об’єкти перебувають на розмитій межі між планетами та зорями, які не змогли підтримувати термоядерне горіння. Саме тому вони особливо важливі для перевірки того, наскільки мале тіло здатне утворитися безпосередньо в зоряному розсаднику. 1

Як «Вебб» зміг побачити настільки тьмяні об’єкти

IC 348 розташована приблизно за 1 000 світлових років від Землі, у зоретворній області Персея. Велике інфрачервоне зображення «Вебба» показує молоді яскраві зорі, пил і приховані в ньому джерела, але висока чутливість телескопа дає змогу виявляти також надзвичайно холодні та малосвітні субзоряні об’єкти. 1

Пошук відбувався у два етапи:

1. NIRCam, камера ближнього інфрачервоного діапазону, виміряла яскравість і кольори кандидатів. Молоді холодні коричневі карлики мають у цих даних інші характеристики, ніж звичайні зорі та багато фонових джерел.
2. NIRSpec, спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону, докладніше дослідив відібрані цілі. Спектри дали підстави вважати їхні атмосфери холодними й молодими та дозволили оцінити фізичні властивості, зокрема масу.

Нові спостереження продовжили попередній результат «Вебба» для IC 348. Раніше там знайшли три вільні коричневі карлики з масою менш як вісім мас Юпітера, зокрема один із оцінкою приблизно три—чотири маси Юпітера. Глибші подальші спостереження виявили нових членів скупчення з оцінками близько двох мас Юпітера. 3

Чому важливий коричневий карлик масою у два Юпітери

Коричневі карлики — це об’єкти, маси яких недостатньо для сталого термоядерного синтезу водню, що живить звичайні зорі. Масивніші з них певний час можуть синтезувати дейтерій, однак довготривалими зорями з водневим горінням не стають.

Найменш масивні члени IC 348 порівнянні за масою з гігантськими планетами, але вони вільно рухаються у просторі, а не обертаються навколо зорі. У цьому діапазоні сама маса не визначає назву об’єкта: тіло може бути схожим на планету за масою, але його можуть відносити до коричневих карликів або об’єктів планетарної маси, якщо вважається, що воно виникло шляхом, ближчим до народження зір, а не планет у диску.

Відокремлено утворити тіло лише з кількома масами Юпітера непросто для звичних моделей фрагментації газової хмари. NASA зазначає, що ці відкриття кидають виклик моделям формування зір: спостереження обмежують мінімальну масу, досягнуту в IC 348, але самі по собі ще не встановлюють шлях утворення таких об’єктів. 1

Оцінка маси має невизначеність

Фраза «близько двох мас Юпітера» не означає прямого зважування. Для дуже молодих коричневих карликів дослідники поєднують виміряну світність і спектри з еволюційними моделями, що передбачають, як об’єкт охолоджується та тьмяніє з часом. Отже, оцінка залежить від припущень про вік і ранню еволюцію.

Тому головний висновок слід розуміти так: у IC 348 є підтверджені або переконливо обґрунтовані субзоряні члени скупчення в надзвичайно малому діапазоні мас. Це не є точною межею між коричневими карликами та планетами.

Диски навколо об’єктів планетарної маси

У двох нововиявлених членів IC 348 — з оціненою масою приблизно дві та 10 мас Юпітера — зафіксовано значний інфрачервоний надлишок, пов’язаний із навколозоряними дисками. У таких дисках є речовина, з якої потенційно можуть формуватися планети або супутники.

Наслідок інтригує: інгредієнти для планетоутворення можуть існувати навіть навколо тіл, які самі за масою близькі до планет. Проте це не означає, що «Вебб» уже побачив формування планет у цих системах. Інфрачервоний надлишок простежує матеріал диска; планет, що формуються, там безпосередньо не знято.

Зоряний розсадник із джетами та ударними хвилями

Мозаїка IC 348 — це не лише перепис коричневих карликів. На ній видно, як молоді зорі активно змінюють довкілля викидами речовини — джетами, що врізаються в газ і пил. NASA виокремлює потужні джети новонароджених зір як одну з помітних деталей цього поля.

Такі зіткнення утворюють об’єкти Гербіга—Аро — яскраві ударні структури в місцях, де зоряні витоки вдаряються об навколишню речовину. Широке поле містить, зокрема, HH 797 і HH 211. Разом вони показують різні стадії зоряного народження: занурені в пил протозорі, молоді зорі, що проявляються, витоки, диски та найтьмяніші вільні субзоряні об’єкти.

Хімічна загадка на нижній межі мас

У спектрах деяких екстремально маломасивних коричневих карликів також є поглинання, пов’язане з неідентифікованим аліфатичним вуглеводнем. Подібну особливість на довжині хвилі 3,4 мікрометра раніше спостерігали в міжзоряному середовищі та в атмосферах Сатурна й Титана. 714

Дослідники припускали, що незвична спектральна поведінка може стати підставою для нового класу таких джерел. Водночас ні точна ідентифікація молекули, ні можлива нова класифікація ще не є остаточно встановленими. Тож цей сигнал — радше підказка про хімію та атмосфери найменших відомих вільних коричневих карликів, а не готова відповідь. 9

Що змінює IC 348

«Вебб» зсунув спостережувану нижню межу маси вільних коричневих карликів у IC 348 від попереднього результату в три—чотири маси Юпітера до приблизно двох. Це показує, що зоретворні області можуть продукувати об’єкти в масовому діапазоні, який раніше передусім пов’язували з планетами. Диски та незвичні спектри водночас ставлять нові запитання про їхнє походження та еволюцію.

Наступний крок полягає не тільки в пошуку ще тьмяніших тіл. Астрономам потрібно з’ясувати, чи народилися вони внаслідок прямого колапсу газової хмари, гравітаційного викидання з молодих систем, фрагментації диска або кількох різних механізмів — і чи здатні їхні диски зрештою утворювати ще менші світи.