В звездном скоплении IC 348 астрономы обнаружили несколько тусклых кандидатов в маломассивные коричневые карлики. Ученых удивило наличие неизвестного углеводорода в их атмосферах. Один из объектов — потенциально самый маленький свободно летающий коричневый карлик за всю историю наблюдений.
Центральная область звездного скопления IC 348 в «объективе» инструмента NIRCam телескопа «Джеймс Уэбб». Яркий объект в центре — бинарная звезда. Вероятно, именно ее ветер сформировал из межзвездного вещества гигантскую спираль / © The Astronomical Journal (2023), DOI: 10.3847/1538-3881/ad00b7
Коричневые карлики формируются как звезды, но не набирают достаточной массы для запуска устойчивой термоядерной реакции. Они так и не «зажигаются». Обычно эти объекты в 75 раз массивнее Юпитера, но бывают и небольшими, до 15 масс Юпитера.
Нижняя граница их массы остается предметом пристального изучения астрономов. Ведь когда мы разберемся в формировании и эволюции маломассивных коричневых карликов и их атмосфер, станем лучше понимать и образование планет.
Проблема в том, что эти тусклые объекты очень непросто найти. Из-за низкой температуры они сильнее всего «светятся» в инфракрасном диапазоне. Ученые идентифицировали коричневых карликов массой около 5-10 масс Юпитера в данных инфракрасных обзоров неба. Но разрешения этих наблюдений не хватило на то, чтобы точно определить их параметры. Теперь же у астрономов есть мощная орбитальная инфракрасная обсерватория «Джеймс Уэбб».
Ярче всех «горят» молодые коричневые карлики. Искать самые маленькие из них, конечно, проще в ближайших регионах активного звездообразования. По словам авторов нового исследования, лучше всего для этого подходит звездное скопление IC 348 в молекулярном облаке Персея.
Это скопление хорошо изучено. Известно около 500 объектов, в том числе маломассивные тела массой около 10 масс Юпитера. Оно подходит и по ряду других параметров. В частности, там нет областей ионизированного водорода, а за ним нет яркого фонового излучения. Оба мешали бы наблюдениям.
Международная группа ученых с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» изучила плотный центральный регион скопления на наличие кандидатов в маломассивные коричневые карлики. Среди прочего они выделили три перспективных объекта с массами от трех до восьми масс Юпитера и температурами от 830 до 1500 градусов Цельсия.
При такой массе эти объекты могут оказаться гигантскими планетами, «выкинутыми» из своих звездных систем. Авторы статьи утверждают, что это маловероятно. Во-первых, скоплению лишь пять миллионов лет — этого времени недостаточно для того, чтобы такая планета успела сформироваться и покинуть систему. Во-вторых, и гигантские планеты, и массивные звезды, у которых они формируются, встречаются значительно реже менее массивных тел.
Тем не менее в данных наблюдений есть аномалии в спектрах двух кандидатов. Ученые объяснили необычные сигналы наличием неизвестного углеводорода в атмосферах первого и третьего объектов. Ни одна из известных моделей эволюции молодых коричневых карликов не объясняет возможное появление этих соединений в их атмосфере.
Авторы предположили, что формирование углеводородов спровоцировало совпадение каких-то параметров: низкой температуры, слабой поверхностной гравитации и тонких облаков. Такие показатели свойственны более «пожилым» карликам, совершающим переход тел от класса L к более холодному классу T. Но исследователи все равно не смогли объяснить с физической точки зрения, как этот переход может спровоцировать одновременно образование углеводородов и слабые признаки принадлежности первого объекта более горячему спектральному классу M.
Чтобы разобраться в возникших вопросах и подтвердить гипотезы авторов новой работы, потребуются дополнительные наблюдения, причем более продолжительные. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomical Journal.
