Телескоп Уэбба нашёл несостоявшуюся звезду

ЗА ПЕРВЫЕ несколько месяцев работы космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) уже доказал, что ожидание того стоило! На сегодняшний день он предоставил астрономам самые подробные и точные изображения космоса, провел наблюдения за знаковыми галактиками и туманностями, заглянул на самый край Вселенной и получил спектры от далеких экзопланет . Эти полученные изображения, обнародованные в рамках программы JWST Early Release Science (ERS), дали хорошее представление о том, на что способна эта обсерватория следующего поколения.

Среди множества задач JWST предоставит ценную информацию о формировании и эволюции экзопланетных систем с помощью прямых изображений. Используя данные ERS, международная группа астрономов и астрофизиков провела прямое исследование изображений коричневого карлика – компаньона ( VHS 1256-1257 b ), вращающегося в системе тройного коричневого карлика примерно в 69,0 световых годах от нас. Спектры, которые они получили от этого тела, предоставили подробный состав его атмосферы, в том числе неожиданную находку — облака, состоящие из силикатных минералов (он же песок)!

Исследование было проведено в рамках совместной научной программы JWST Early Release для прямых наблюдений за экзопланетными системами (для краткости команда ERS 1386) под руководством Калифорнийского университета в Санта-Круз (UCSC). Документ, описывающий их результаты, является вторым в серии, в которой рассматриваются прямые наблюдения экзопланет, проведенные Уэббом, оба из которых в настоящее время пересматриваются. В первой статье (выпущенной одновременно) рассматривались данные ERS по экзопланете HIP 65426 b , суперюпитеру, который Уэбб наблюдал в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне.

Коллаборация ERS 1386 включает 120 астрономов из более чем 100 институтов и университетов по всему миру и занимается непосредственным визуализацией систем экзопланет в среднем инфракрасном диапазоне. Это будет включать в себя получение спектров атмосфер экзопланет для определения пригодности для жизни и изучение околозвездных дисков обломков, чтобы узнать больше о формировании планет.

Как заявила команда во время Европейского планетарного научного конгресса 2018 года, «человечество никогда не наблюдало экзопланетные системы на этих длинах волн, и наши наблюдения будут иметь решающее значение для понимания химии и состава этих далеких миров».

С технической точки зрения программа раннего выпуска программы предназначена для оценки производительности режимов наблюдения JWST, которые позволяют получать прямые изображения экзопланет, компаньонов планетарной массы и образующих их околозвездных дисков.

Это включает в себя коронографические режимы камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI) (которые блокируют звездный свет, поэтому экзопланеты видны), а также режим интерферометрии, маскирующий апертуру апертурного формирователя изображений и бесщелевого спектрографа (NIRSpec) (который сочетает в себе из разрозненных источников для создания изображений).

Доктор Ааринн Картер, научный сотрудник UCSC и член ERS 1386, был ведущим автором первой совместной работы. Как он объяснил Universe Today по электронной почте, наблюдения Уэбба за HIP 65426 b эффективно продемонстрировали возможности прямой визуализации обсерватории:

«Эти наблюдения показали, что JWST способен получать точные измерения потоков экзопланет в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. Эти измерения позволяют нам получить точное ограничение на общую излучаемую энергию или светимость HIP 65426b. По сравнению с моделями планетарной эволюции это, в свою очередь, дало нам очень точные ограничения на ее объемные свойства, такие как температура, масса и радиус. Благодаря будущей работе мы сможем начать понимать, что эти наблюдения означают для свойств атмосферы HIP 65426 b».

Для своего последнего исследования команда обратилась к данным, полученным с помощью MIRI и NIRSpec Уэбба о VHS 1256 b, коричневом карлике-компаньоне, который более чем в двадцать раз массивнее Юпитера и вращается на расстоянии около 150 астрономических единиц. Эти наблюдения проводились 5 июля 2022 года в течение более двух часов на длинах волн от 1 до 20 микрометров. Полученные ими спектры предоставили подробную информацию о составе атмосферы VHS 1256 b и о длинах волн, которые ранее не наблюдались у коричневого карлика.

Доктор Британни Э. Майлз , президентский научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине и член коллаборации ERS 1386, был ведущим автором второй статьи. Как она сказала Universe Today по электронной почте:

«Ближний и средний инфракрасный диапазоны показывают особенности метана, угарного газа, натрия, калия и воды. Есть признаки углекислого газа. Все эти особенности ранее наблюдались у коричневых карликов такой температуры. Однако мы никогда не видели угарный газ в таких деталях на уровне 5 микрон.

«Это дает нам возможность в будущих исследованиях понять, сколько углерода и кислорода содержится в объекте в целом, что дает представление о том, насколько он «богат металлами» по сравнению с его звездой-хозяином. Состав коричневого карлика потенциально может дать представление о том, как мог образоваться этот объект».

Майлз и ее коллеги также отметили прямое обнаружение силикатных облаков, что сделало это первым случаем, когда такое явление было сделано для спутника планетарной массы. Это и другие недавние спектроскопические исследования коричневых карликов (например, недавнее исследование , основанное на данных Спитцера ) подтверждают, что эти объекты субзвездной массы производят достаточно тепла для испарения минералов. Это также дает представление о том, как работают планетарные атмосферы, особенно для планет, которые по размеру и температуре ближе к Земле.

Эти результаты были аналогичны предыдущим наблюдениям HR 8799 c, d и e, трех экзопланет, которые вращаются вокруг переменной звезды K-типа на расстоянии около 133 световых лет от Земли. Эти экзопланеты оцениваются в диапазоне от 7 до 9 солнечных масс, вероятно, коричневые карлики, и имеют похожие спектры. Тем не менее, JWST обеспечил гораздо более высокое разрешение и возможности визуализации, чем предыдущие наблюдательные кампании, что еще больше подтвердило сложную обсерваторию и ее способность напрямую отображать и характеризовать экзопланеты. Сказал Картер:

«Мы также определили, что JWST в 10 раз более чувствителен, чем мы ожидали в этих режимах наблюдения. Это означает, что мы легко сможем проводить такого рода наблюдения за большим количеством известных объектов. Кроме того, для некоторых звезд мы будем более чувствительны, чем то, что в настоящее время возможно с Земли, а это означает, что мы также сможем открывать новые планеты. В частности, до сих пор мы получали прямые изображения только объектов крупнее Юпитера. JWST может позволить нам обнаружить Сатурн или даже аналоги Урана/Нептуна».

Подробное изучение экзопланет — еще один способ, с помощью которого Уэбб выполняет свои научные задачи. Благодаря своей передовой оптике, коронографам и спектрометрам эта обсерватория нового поколения будет подтверждать и характеризовать экзопланеты, как никогда раньше. Это позволит астрономам завершить перепись экзопланет, обнаружить более мелкие скалистые планеты, которые вращаются ближе к своим звездам, и еще больше ограничить планетарную обитаемость. Если повезет, он может даже обнаружить первые свидетельства существования жизни за пределами нашей Солнечной системы.

Эта статья была первоначально опубликована на Universe Today Мэттом Уильямсом . Оригинальную статью читайте здесь .