В атмосфере коричневых карликов впервые нашли цианистый водород и ацетилен

Коричневые карлики часто называют провалившимися звездами: их масса составляет от 13 до 80 масс Юпитера, что недостаточно для запуска стабильного водородного синтеза, характерного для других светил. Формируются эти объекты из газовых облаков (то есть примерно так же, как звезды) и с течением времени остывают. Ученые разделяют коричневые карлики на четыре основных спектральных класса: M (но не выше М7), L, T, Y (приведены в порядке убывания температуры). 

В частности, максимальная температура коричневых карликов класса L не превышает 2227° C, а у самых холодных из них (класс Y) достигает 27 °C. В таких условиях в атмосферах светил могут формироваться сложные соединения, например вода (H₂O), метан (CH₄) и аммиак (NH₃), которые оставляют заметные следы в инфракрасных спектрах. 

Теперь, рассмотрев атмосферы светил системы WISE‑0458 (или WISE J045853.90+643451.9) в среднем инфракрасном диапазоне с помощью спектрографа MIRI, установленного на борту «Уэбба», авторы новой научной работы, выложенной на сервере препринтов Корнеллского университета, выявили в них цианистый водород (HCN) и ацетилен (C₂H₂). 

Отметим, оба светила изученной звездной системы относятся к одной из наиболее «холодных» категорий: их температура составляет примерно 327 °C и 227 °C соответственно. Ранее считалось, что атмосферы коричневых карликов класса Т практически идентичны. 

Исследовательская группа под руководством Элизабет К. Мэтьюз (Elisabeth C. Matthews) из Института астрономии Общества Макса Планка (Германия) проанализировала спектральные данные и ожидаемо обнаружила в них присутствие молекул воды, метана и аммика, которые создают характерные линии поглощения. 

Наличие двух редких соединений цианистого водорода и ацетилена стало сюрпризом: высокая концентрация HCN указала на сильное вертикальное перемешивание молекул в атмосфере WISE-0458, из-за чего астрономы заключили, что горячие газы из глубоких слоев атмосферы светил быстро поднимались вверх и «замораживали» химические реакции, сохраняя цианистый водород на высотах, где его можно наблюдать.

Однако объяснить высокие концентрации ацетилена в атмосфере коричневых карликов оказалось непросто, ведь стандартные модели такого не предсказывали. На Юпитере, например, C₂H₂ образуется под действием солнечного света, расщепляющего метан, но WISE-0458 не получает подобного излучения. Более того, даже максимальное перемешивание или повышенная металличность атмосферы не объясняет его присутствия в таких количествах.

Астрономы выдвинули несколько гипотез, объясняющих высокие концентрации C₂H₂, включая магнитную активность, порождающую полярные сияния, или удары молний, которые ионизируют газы и запускают необычные химические процессы. 

«Находка открывает новую эру в изучении химии таких субзвездных объектов и позволяет подробно изучить механизмы формирования и эволюции молекулярного состава не только коричневых карликов, но и экзопланет с похожими атмосферными условиями», — объяснили авторы нового исследования. 

Полученные результаты также продемонстрировали исключительные возможности «Уэбба» для исследования холодных атмосфер, в которых с высокой точностью можно выявить даже малые количества молекул. Разобраться в загадочных химических процессах, выявленных в системе WISE-0458 и уточнить данные, помогут дальнейшие исследования и наблюдения с использованием других астрономических инструментов.