Уэбб глубже вглядывается в таинственную туманность Пламени, чтобы найти «неудавшиеся звезды»

10 марта 2025, 20:47 / Наука → Новости / Наука

Этот коллаж из изображений туманности Пламя показывает вид в ближнем инфракрасном диапазоне с космического телескопа Хаббл НАСА слева, в то время как две вставки справа показывают вид в ближнем инфракрасном диапазоне, полученный космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА. Большая часть темного, плотного газа и пыли, а также окружающие белые облака на изображении Хаббла были очищены на изображениях Уэбба, давая нам вид на более полупрозрачное облако, пронизанное объектами, излучающими инфракрасное излучение, которые являются молодыми звездами и коричневыми карликами. Изображение Хаббла слева представляет свет с длиной волны 1,05 микрон (фильтр F105W) как синий, 1,3 микрон (F130N) как зеленый и 1,39 микрон (F129M) как красный. Два изображения Уэбба справа представляют свет с длиной волны 1,15 мкм и 1,4 мкм (фильтры F115W и F140M) как синий, 1,82 мкм (F182M) как зеленый, 3,6 мкм (F360M) как оранжевый и 4,3 мкм (F430M) как красный. Автор: NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Meyer (University of Michigan), Matthew De Furio (UT Austin), Massimo Robberto (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

Туманность Пламя, расположенная примерно в 1400 световых годах от Земли, является очагом звездообразования возрастом менее 1 миллиона лет. Внутри туманности Пламя есть объекты настолько малы, что их ядра никогда не смогут синтезировать водород, как полноценные звезды — коричневые карлики

Thumbnail: Коричневый карлик Коричневые карлики (или бурые карлики) — субзвёздные объекты, которые обладают промежуточными физическими характеристиками между планетами и звёздами. Их массы лежат в диапазоне приблизительно от 0,013 до 0,075 M⊙. Коричневые карлики могут поддерживать термоядерные реакции в своих недрах, но мощность реакций в них никогда не сравнивается с их собственной светимостью, поэтому такие объекты не выходят на постоянную светимость, как звёзды, а сжимаются и тускнеют. Коричневые карлики имеют очень низкие светимости и температуры: светимости составляют менее 0,04 L⊙, а обычно — на порядки меньше. Википедия

Коричневые карлики, часто называемые «неудавшимися звездами», со временем становятся очень тусклыми и намного холоднее звезд. Эти факторы делают наблюдение коричневых карликов с помощью большинства телескопов затруднительным, если не невозможным, даже на космически коротких расстояниях от Солнца. Однако, когда они очень молоды, они все еще относительно теплее и ярче, и поэтому их легче наблюдать, несмотря на затемняющую, плотную пыль и газ, которые в данном случае составляют Туманность Пламени.

Космический телескоп NASA James Webb может проникнуть в эту плотную, пыльную область и увидеть слабое инфракрасное свечение молодых коричневых карликов. Группа астрономов использовала эту возможность для исследования наименьшего предела массы коричневых карликов в туманности Пламени. Результатом, как они обнаружили, стали свободно парящие объекты, примерно в два-три раза превышающие массу Юпитера, хотя они были чувствительны вплоть до 0,5 массы Юпитера.

«Целью этого проекта было изучение фундаментального предела малой массы процесса формирования звезд и коричневых карликов. С помощью Уэбба мы можем исследовать самые слабые и самые маломассивные объекты», — сказал ведущий автор исследования Мэтью Де Фурио из Техасского университета в Остине.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.

Меньшие фрагменты

Предел малой массы, к которому стремилась команда, устанавливается процессом, называемым фрагментацией. В этом процессе большие молекулярные облака, из которых рождаются как звезды, так и коричневые карлики, распадаются на все более мелкие единицы, или фрагменты.

Фрагментация сильно зависит от нескольких факторов, среди которых наиболее важным является баланс между температурой, термическим давлением и гравитацией. А именно, когда фрагменты сжимаются под действием силы гравитации, их ядра нагреваются. Если ядро достаточно массивно, оно начнет синтезировать водород.

Внешнее давление, создаваемое этим слиянием, противодействует гравитации, останавливая коллапс и стабилизируя объект (тогда известный как звезда). Однако фрагменты, ядра которых недостаточно компактны и горячи, чтобы сжигать водород, продолжают сжиматься, пока они излучают свое внутреннее тепло.

Маломассивные объекты в туманности Пламя (изображение NIRCam). Автор: NASA, ESA, CSA, STScI, Michael Meyer (University of Michigan)

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

Фрагментация прекращается, когда фрагмент становится достаточно непрозрачным, чтобы поглотить собственное излучение, тем самым останавливая охлаждение и предотвращая дальнейший коллапс. Теории помещали нижний предел этих фрагментов где-то между одной и десятью массами Юпитера. Это исследование значительно сужает этот диапазон, поскольку перепись Уэбба подсчитывала фрагменты разных масс внутри туманности.

«Как было обнаружено во многих предыдущих исследованиях, при переходе к меньшим массам вы фактически получаете больше объектов, масса

Thumbnail: Масса Ма́сса — скалярная физическая величина, определяющая инертные и гравитационные свойства тел в ситуациях, когда их скорость намного меньше скорости света. В обыденной жизни и в физике XIX века масса синонимична весу. Будучи тесно связанной с такими понятиями механики, как «энергия» и «импульс», масса проявляется в природе двумя качественно разными способами, что даёт основания для подразделения её на две разновидности: инертная масса характеризует инертность тел и фигурирует в выражении второго закона Ньютона: если заданная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет различные тела, им приписывают одинаковую инертную массу; гравитационная масса (пассивная и активная) показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними полями тяготения и какое гравитационное поле создаёт само это тело, она входит в закон всемирного тяготения и положена в основу измерения массы взвешиванием. Однако экспериментально с высокой точностью установлена пропорциональность гравитационной и инертной масс, и подбором единиц они сделаны в теории равными друг другу. Википедия

которых примерно в десять раз превышает массу Юпитера. В нашем исследовании с космическим телескопом Джеймса Уэбба мы чувствительны к массе до 0,5 массы Юпитера, и мы находим значительно меньше и меньше объектов, когда масса опускается ниже десяти масс Юпитера», - пояснил Де Фурио.

«Мы находим меньше объектов с массой в пять масс Юпитера, чем объектов с массой в десять масс Юпитера, и мы находим гораздо меньше объектов с массой в три массы Юпитера, чем объектов с массой в пять масс Юпитера. Мы на самом деле не находим никаких объектов с массой ниже двух или трех масс Юпитера, и мы ожидаем увидеть их, если они там есть, поэтому мы предполагаем, что это может быть пределом».

Мейер добавил: «Уэбб впервые смог исследовать объекты, находящиеся за пределами этого предела. Если этот предел реален, то в нашей галактике Млечный Путь не должно быть никаких объектов с массой в один Юпитер

Thumbnail: Юпитер Юпи́тер — крупнейшая планета Солнечной системы, пятая по удалённости от Солнца. Наряду с Сатурном, Ураном и Нептуном, Юпитер классифицируется как газовый гигант. Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца. Википедия

, свободно плавающих, если только они не сформировались как планеты, а затем были выброшены из планетной системы».

Продолжая наследие Хаббла

Коричневые карлики, учитывая сложность их обнаружения, могут предоставить массу информации, особенно в области звездообразования и планетарных исследований, учитывая их сходство как со звездами, так и с планетами. Космический телескоп Хаббл НАСА охотится за этими коричневыми карликами уже несколько десятилетий.

Несмотря на то, что Хаббл не может наблюдать коричневые карлики в туманности Пламени до такой низкой массы, как Уэбб, это было важно для выявления кандидатов для дальнейшего изучения. Это исследование является примером того, как Уэбб принял эстафету — десятилетия данных Хаббла из комплекса молекулярных облаков Ориона — и обеспечил проведение углубленных исследований.

«Очень сложно выполнять эту работу, наблюдая за коричневыми карликами вплоть до десяти масс Юпитера с Земли, особенно в таких регионах. А имеющиеся данные Хаббла за последние 30 лет или около того позволили нам понять, что это действительно полезный регион звездообразования для изучения. Нам нужен был Уэбб, чтобы иметь возможность изучать эту конкретную научную тему», — сказал Де Фурио.

«Это квантовый скачок в наших возможностях по сравнению с пониманием того, что происходило с Хабблом. Уэбб действительно открывает совершенно новую сферу возможностей, понимая эти объекты», — пояснил астроном Массимо Робберто из Научного института космического телескопа.

Эта группа продолжает изучать Пламенную туманность, используя спектроскопические инструменты Уэбба для дальнейшей характеристики различных объектов внутри ее пылевого кокона.

«Есть большое совпадение между тем, что может быть планетами, и тем, что является коричневыми карликами с очень, очень малой массой», — заявил Мейер. «И это наша работа на ближайшие пять лет: выяснить, что есть что и почему».

Больше информации: Matthew De Furio et al, Identification of a Turnover in the Initial Mass Function of a Young Stellar Cluster Down to 0.5 MJ, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adb96a. iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/adb96a

Источник: Space Telescope Science Institute