Teleskop Webba zaobserwował oznaki zorzy polarnej na brązowym karle

Obserwując przestrzeń kosmiczną przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba astronomowie znaleźli brązowego karła z emisją w podczerwieni pochodzącą od metanu, prawdopodobnie od energii w górnych warstwach atmosfery.

NASA wskazuje na to, że odkrycie jest nieoczekiwane, ponieważ brązowy karzeł W1935 jest zimny i nie towarzyszy żadnej gwieździe. Brakuje więc jakiegoś oczywistego źródła energii dla górnej części atmosfery. Stąd spekulacje, ze źródłem emisji metanu mogłyby być procesy generujące zorze polarne.

Naukowcy odwołują się tutaj do analogii w Układzie Słonecznym. Emisja metanu występuje w przypadku dużych gazowych planet, na przykład Jowisza czy Saturna. Ogrzewanie górnej atmosfery zasilające tą emisję jest związane z zorzami polarnymi.

W przypadku Ziemi zorze polarne powstają, gdy energetyczne cząstki ze Słońca trafiają w ziemską magnetosferę. Poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego w okolice biegunów, zderzając się z gazowymi molekułami w atmosferze, powodując świecenie. Na Jowiszu i Saturnie zachodzą podobne procesy, ale dodatkowo w grę wchodzi wkład od aktywnych księżyców, takich jak Io (w przypadku Jowisza) czy Enceladus (w przypadku Saturna).

W przypadku samotnego brązowego karła W1935 brak jest wiatru gwiazdowego, który mógłby zasilać procesy wywołujące zorze polarne i wytłumaczyć nadwyżkę energii w górnej atmosferze, wymaganą przez emisję metanu. Potencjalne źródła to nieznane procesy wewnętrzne, interakcje z plazmą międzygwiazdową, albo istnienie aktywnego księżyca.

Brązowe karły to obiekty pośrednie pomiędzy planetami, a gwiazdami. Mają masy zbyt małe, aby w swoich wnętrzach generować reakcje syntezy wodoru w hel (co definiuje gwiazdę). Natomiast ich masy są większe od mas planet i mogą pozwalać na syntezę deuteru. Brązowe karły występują w układach podwójnych z gwiazdami, ale często też istnieją samotnie. Czasami można spotkać określenie, że brązowe karły to nieudane gwiazdy.

Badania prowadzono przy pomocy Teleskopu Webba. Grupą badawczą kierowała Jackie Faherty z American Museum of Natural History w Nowym Jorku (USA). Analizowano 12 brązowych karłów, w tym W1935 i W2220. Pierwszego z nich odkrył Dan Caselden, czyli ochotnik, który przystąpił do projektu nauki społecznościowej Backyard Worlds. Z kolei drugiego znamy dzięki teleskopowi kosmicznemu Wide Field Infrared Survey Explorer.

Obserwacje przy pomocy Teleskopu Webba pokazały, że oba te obiekty są prawie identyczne pod względem budowy, mają podobną jasność, temperaturę i cechy widmowe (wodę, amoniak, tlenek węgla, dwutlenek węgla). Różnicą była jedynie zaskakując emisja od metanu w przypadku W1935, w przeciwieństwie do oczekiwanej absorpcji metanu obserwowanej u W2220.

Modelowanie komputerowe pokazało, że brązowy karzeł W2220 ma zgodny z oczekiwaniami rozkład energii w atmosferze (w miarę wzrostu wysokości jest chłodniej). Z kolei w przypadku W1935 najlepiej pasował model z inwersją temperatury (wzrost temperatury wraz z wysokością w atmosferze).

Obiekt W1935 nie jest pierwszym brązowym karłem, u którego podejrzewane jest występowanie zórz polarnych, ale jest najchłodniejszym z takich kandydatów i pierwszym z emisją metanu. Wcześniej obserwowano emisje radiowe w przypadku kilku cieplejszych brązowych karłów i wskazywano zorze polarna jako przypuszczalne źródło tych emisji.

Wyniki badań zaprezentowano podczas 243. Spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Nowym Orleanie w USA.

red./PAP