Телескопы НАСА обнаружили протопланетные диски коричневых карликов в туманности Ориона

Инфракрасное изображение центра туманности Ориона, полученное с помощью инструмента NIRCam на космическом телескопе Джеймса Уэбба NASA. На вставках показаны увеличенные изображения двух слабых проплидов с космического телескопа Хаббл в оптическом диапазоне длин волн и Уэбба в инфракрасном диапазоне длин волн. Для каждого проплида на оптическом изображении обнаружен небольшой протопланетный диск в виде силуэта, окруженный ярким фронтом ионизации, который создается интенсивным УФ-излучением самых массивных звезд. Коричневый карлик в центре каждого диска обнаружен на инфракрасном изображении с Уэбба. Спектроскопия с помощью инструмента NIRSpec на Уэббе подтвердила, что эти объекты являются коричневыми карликами, основываясь на их низких температурах. Автор: NASA/ESA/CSA, Mark McCaughrean/ESA, Massimo Robberto/STScI/JHU, Kevin Luhman/Penn State, Catarina Alves de Oliveira/ESA.

Новорожденные звезды окружены дисками газа и пыли, внутри которых рождаются планеты, известными как протопланетные диски. В туманности Ориона самые яркие и массивные звезды испускают интенсивное ультрафиолетовое излучение, которое освещает протопланетные диски, позволяя фотографировать их в необычных деталях. Поразительные изображения этих освещенных ультрафиолетом протопланетных дисков, называемых проплидами, стали одним из первых крупных открытий космического телескопа Хаббл НАСА десятилетия назад.

Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv и будет опубликовано в The Astrophysical Journal.

«Звезды рождаются в огромных облаках газа и пыли в космосе, которые могут достигать световых лет в поперечнике, которые называются туманностями», — сказал Кевин Лухман, профессор астрономии и астрофизики в колледже наук Эберли в Университете штата Пенсильвания и руководитель исследовательской группы. «Десятилетиями астрономы подозревали, что вскоре после того, как звезда сливается с туманностью, планеты рождаются в диске газа и пыли, окружающем новорожденную звезду, известном как протопланетный диск».

Вскоре после запуска в 1990 году космический телескоп Хаббл показал некоторые из самых четких прямых фотографий протопланетных дисков посредством наблюдений за туманностью Ориона. Туманность Ориона содержит около 2000 новорожденных звезд и является одной из ближайших к нашей солнечной системе туманностей звездообразования, расположенных на расстоянии 1300 световых лет.

«Некоторые объекты, рожденные в туманностях, таких как Орион, имеют массу, которая слишком мала для того, чтобы они могли подвергнуться водородному синтезу, поэтому они холодные и тусклые и не могут считаться полноценными звездами», — сказала Катарина Алвес де Оливейра, глава отдела развития научных операций Европейского космического агентства и руководитель исследовательской группы. «Эти звездообразные тела, в которых отсутствует синтез, известны как коричневые карлики. Вопрос в том, можем ли мы найти проплиды вокруг любого из коричневых карликов в Орионе?»

Вскоре после открытия коричневых карликов в середине 1990-х годов астрономы начали задаваться вопросом, могут ли они также содержать протопланетные диски. Некоторые из проплидов, обнаруженных Хабблом в 1990-х годах, казалось, окружали объекты, достаточно слабые, чтобы быть коричневыми карликами, но у них не было измерений, необходимых для подтверждения того, что они имеют низкие температуры коричневых карликов. Для таких измерений требовался более чувствительный инфракрасный телескоп.

Запущенный в декабре 2021 года космический телескоп НАСА «Джеймс Уэбб» является самым мощным инфракрасным телескопом на сегодняшний день, что делает его идеально подходящим для измерения температуры слабых объектов в туманности Ориона, которые могут быть коричневыми карликами, включая самые слабые проплиды, сфотографированные «Хабблом» 30 лет назад.

Команда астрономов провела измерения инфракрасной спектроскопии на небольшой выборке кандидатов в коричневые карлики в Орионе с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба. Эти данные подтвердили, что 20 объектов достаточно холодны, чтобы быть коричневыми карликами, самый маленький из которых может иметь массу всего 0,5% от массы Солнца Земли или пять масс Юпитера.

Два дополнительных объекта близки к минимальной массе для синтеза — 7,5% массы Солнца — поэтому неясно, являются ли они маленькими звездами или большими коричневыми карликами. Выборка новых коричневых карликов включает два слабых проплида, обнаруженных Хабблом в 1990-х годах, что делает их двумя из самых холодных и наименее массивных проплидов, обнаруженных на сегодняшний день.

«Новые наблюдения Уэбба только слегка коснулись поверхности в плане коричневых карликов в Орионе», — сказал Лухман. «Туманность содержит несколько сотен слабых объектов, которые могут быть коричневыми карликами, которые созрели для спектроскопии с Уэббом. Будущие наблюдения Ориона с Уэббом потенциально могут обнаружить гораздо больше примеров проплидов вокруг коричневых карликов и определить наименьшую массу, при которой существуют коричневые карлики. Эта информация поможет нам заполнить пробелы в наших знаниях о том, как образуются коричневые карлики и как они связаны со звездами и планетами».

Больше информации: KL Luhman et al, JWST/NIRSpec Observations of Brown Dwarfs in the Orion Nebula Cluster, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2410.10000

Источник: Pennsylvania State University