«Джеймс Уэбб» разглядел «неудавшиеся звезды» в туманности Пламя

Туманность Пламя NGC 2024 примерно в 1400 световых годах от Земли — зона бурного звездообразования, которой меньше миллиона лет.  Но далеко не все объекты там становятся светилами — некоторые так и остаются в промежуточном статусе коричневого карлика.

Коричневые карлики часто называют «неудавшимися звездами» — они так малы, что в них не запускается термоядерный синтез. Эти небесные тела быстро остывают и тускнеют, что затрудняет их наблюдение даже на небольших по космическим меркам расстояниях. Но пока полупланеты-полузвезды молоды и горячи, их можно попытаться увидеть — особенно с помощью такого мощного инструмента, как «Джеймс Уэбб».

Космический телескоп способен заглянуть в плотную, пыльную область туманности Пламя и увидеть слабое инфракрасное свечение молодых коричневых карликов. Астрономы использовали эту возможность для определения нижнего предела их массы.

В результате они обнаружили свободно плавающие объекты массой примерно от двух до трех масс Юпитера, хотя чувствительность телескопа позволяла обнаруживать объекты до 0,5 его массы.

Фрагментация

Нижний предел массы, который искали ученые, определяется фрагментацией — процессом разделения большого молекулярного облака на мелкие «тучки», которые потом становятся звездами.

Фрагментация сильно зависит от нескольких факторов, основной среди них — баланс между температурой, тепловым давлением и гравитацией является одним из самых важных. По мере сгущения газа он нагревается, и если фрагмент достаточно велик — в нем начинается синтез и зажигается звезда; в противном случае — коричневый карлик, который продолжает сжиматься, пока в нем остается внутреннее тепло.

«Охлаждение этих облаков важно, потому что если у вас достаточно внутренней энергии, она будет бороться с гравитацией. Если облака эффективно охлаждаются, они коллапсируют и распадаются», — говорит Майкл Мейер из Мичиганского университета.

Фрагментация прекращается, когда кусок облака становится достаточно непрозрачным, чтобы поглощать собственное излучение, тем самым останавливая охлаждение и предотвращая дальнейший коллапс. Теории предполагают, что нижний предел массы этих фрагментов находится в пределах от одной до десяти масс Юпитера. Исследование в The Astrophysical Journal Letters значительно сужает этот диапазон.

«Как было обнаружено во многих предыдущих исследованиях, по мере уменьшения массы количество объектов увеличивается до примерно десяти масс Юпитера. «Джеймс Уэбб» чувствителен к объектам до 0,5 массы Юпитера, но мы видим гораздо меньше объектов с массой менее десяти масс Юпитера», — говорит астрофизик Мэтью Де Фурио из Техасского университета в Остине.

По его словам, наблюдения «Уэбба» позволяют сделать вывод о пределе массы свободных коричневых карликов, отделив их таким образом от планет: «Мы не находим объектов массой менее двух или трех масс Юпитера, хотя увидели бы их, если бы они там были — поэтому предполагаем, что это может быть пределом».

«Уэбб» впервые смог исследовать вплоть до и за пределами этого предела. Если этот предел реален, то в нашей галактике Млечный Путь не должно быть свободно плавающих объектов массой в одну массу Юпитера, если только они не были сформированы как планеты и затем выброшены из планетарной системы», — добавляет Мейер.

Наследие «Хаббла»

Коричневые карлики предоставляют бесценную информацию об образовании звезд и планет. Уже несколько десятилетий космический телескоп «Хаббл» занимается их поисками. Он не настолько чувствительный и совершенный, как «Уэбб», но сыграл свою важную роль в выборе кандидатов для изучения.

«Наличие данных «Хаббла» за последние 30 лет или около того позволило нам понять, что это действительно полезная область звездообразования для изучения. Нам нужен был «Уэбб», чтобы получить возможность изучать эту конкретную научную тему», — подчеркнул Де Фурио.

По его мнению, исследование стало примером того, что «Хаббл» передал «Джеймсу Уэббу» научную эстафету.

Теперь стало яснее, насколько пересекаются множества экзопланет-гигантов и очень маленьких коричневых карликов. По словам Мейера, ближайшие пять лет ученые посвятят исследованию этих объектов.