В шести новых мирах-изгоях телескоп Уэбба находит новые подсказки о рождении звезд

Новое изображение, полученное в результате спектроскопического исследования NGC1333 космическим телескопом Джеймса Уэбба. Автор: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба обнаружил шесть вероятных блуждающих миров — объектов с массой, подобной планетам, но не подверженных гравитации звезд, — включая самый легкий из когда-либо идентифицированных с пылевым диском вокруг него.

Неуловимые объекты предоставляют новые доказательства того, что те же космические процессы, которые приводят к рождению звезд, могут также играть общую роль в создании объектов, размер которых лишь немного больше Юпитера.

Результаты получены в ходе самого глубокого обзора молодой туманности NGC1333, звездообразующего скопления, расположенного примерно в тысяче световых лет от нас в созвездии Персея, проведенного Уэббом. Новое изображение из обзора , опубликованное сегодня Европейским космическим агентством, показывает, что NGC1333 светится впечатляющими проявлениями межзвездной пыли и облаков. Статья, в которой подробно излагаются результаты обзора, была принята к публикации в The Astronomical Journal.

Данные Уэбба предполагают, что обнаруженные миры являются газовыми гигантами в 5–10 раз массивнее Юпитера. Это означает, что они являются одними из самых маломассивных объектов, когда-либо обнаруженных, которые выросли из процесса, который обычно производит звезды и коричневые карлики, объекты, находящиеся на границе между звездами и планетами, которые никогда не зажигают водородный синтез и со временем затухают.

«Мы использовали беспрецедентную чувствительность Уэбба в инфракрасном диапазоне для поиска самых слабых членов молодого звездного скопления, стремясь ответить на фундаментальный вопрос в астрономии: как легкий объект может сформироваться как звезда?» — сказал проректор Университета Джонса Хопкинса Рэй Джаявардхана, астрофизик и старший автор исследования. «Оказывается, самые маленькие свободно плавающие объекты, которые формируются как звезды, перекрываются по массе с гигантскими экзопланетами, вращающимися вокруг соседних звезд».

Наблюдения телескопа не выявили объектов ниже пяти масс Юпитера, несмотря на то, что он обладает достаточной чувствительностью для обнаружения таких тел. Это весомый признак того, что любые звездные объекты легче этого порога с большей вероятностью образуются так же, как планеты, заключили авторы.

«Наши наблюдения подтверждают, что природа создает объекты планетарной массы по крайней мере двумя различными способами — путем сжатия облака газа и пыли, как это происходит при формировании звезд, и в виде дисков газа и пыли вокруг молодых звезд, как это произошло с Юпитером в нашей солнечной системе», — сказал Джаявардхана.

Самый интригующий из беззвездных объектов является также самым легким, имея предполагаемую массу в пять Юпитеров (около 1600 масс Земли). Наличие пылевого диска означает, что объект почти наверняка сформировался как звезда, поскольку космическая пыль обычно вращается вокруг центрального объекта на ранних стадиях звездообразования, сказал Лангевельд, научный сотрудник-постдокторант в группе Джаявардханы.

Широкоугольная мозаика NGC1333 с тремя недавно обнаруженными объектами (NN1, NN2, NN3), обозначенными зелеными маркерами. Автор: ESA/Webb, NASA & CSA, A. Scholz, K. Muzic, A. Langeveld, R. Jayawardhana

Диски также являются предпосылкой для формирования планет, что позволяет предположить, что наблюдения могут иметь важные последствия для потенциальных «мини»-планет.

«Эти крошечные объекты с массами, сопоставимыми с гигантскими планетами, могут сами по себе образовывать свои собственные планеты», — сказал соавтор Алекс Шольц, астрофизик из Университета Сент-Эндрюс. «Это может быть питомником миниатюрной планетной системы, в масштабах, намного меньших, чем наша Солнечная система».

Используя инструмент NIRISS на Уэббе, астрономы измерили инфракрасный световой профиль (или спектр) каждого объекта в наблюдаемой части звездного скопления и повторно проанализировали 19 известных коричневых карликов. Они также обнаружили новый коричневый карлик с компаньоном планетарной массы, редкая находка, которая бросает вызов теориям о том, как образуются двойные системы.

«Вероятно, такая пара образовалась так же, как это происходит с двойными звездными системами, из облака, распадающегося по мере сжатия», — сказал Джаявардхана. «Разнообразие систем, созданных природой, поразительно и подталкивает нас к уточнению наших моделей формирования звезд и планет».

Блуждающие миры могут возникать из коллапсирующих молекулярных облаков, которым не хватает массы для ядерного синтеза, питающего звезды. Они также могут образовываться, когда газ и пыль в дисках вокруг звезд объединяются в планетоподобные сферы, которые в конечном итоге выбрасываются из своих звездных систем, вероятно, из-за гравитационных взаимодействий с другими телами.

Эти свободно плавающие объекты размывают классификации небесных тел, поскольку их массы перекрываются с газовыми гигантами и коричневыми карликами. Хотя такие объекты считаются редкими в галактике Млечный Путь, новые данные Уэбба показывают, что они составляют около 10% небесных тел в целевом звездном скоплении.

В ближайшие месяцы команда будет изучать больше атмосфер слабых объектов и сравнивать их с более тяжелыми коричневыми карликами и газовыми гигантами. Им также было предоставлено время на телескопе Уэбба для изучения похожих объектов с пылевыми дисками, чтобы исследовать возможность формирования мини-планетных систем, напоминающих многочисленные луны Юпитера и Сатурна.

Другими авторами являются Коралька Мужич и Даниэль Капела из Лиссабонского университета; Луик Альбер, Рене Дуайон и Дэвид Лафренье из Монреальского университета; Лора Флэгг из Университета Джонса Хопкинса; Мэтью де Фурио из Техасского университета в Остине; Даг Джонстон из Исследовательского центра астрономии и астрофизики имени Герцберга; и Майкл Мейер из Мичиганского университета в Энн-Арборе.

Больше информации: The JWST/NIRISS Deep Spectroscopic Survey for Young Brown Dwarfs and Free-Floating Planets, The Astronomical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad6f0c

Источник: Johns Hopkins University