Насколько маленькой может быть звезда? Направив свой мощный глаз на близлежащие регионы звездообразования в Млечном Пути, космическая обсерватория JWST НАСА может увидеть нижний предел для коричневых карликов, которые формируются как звезды, но недостаточно массивны для того, чтобы в их ядрах загорелся водородный синтез. Три группы идентифицировали около дюжины коричневых карликов массой от трех до восьми масс Юпитера — и не меньше.
«Впервые вы действительно можете искать объекты с массой по крайней мере до пары масс Юпитера», — говорит Рэй Джаявардхана, астрофизик из Университета Джонса Хопкинса и член одной из команд. То, что они видят, соответствует нижнему пределу массы, предсказанному теориями звездообразования, что добавляет астрономам уверенности в том, что они, наконец, могут увидеть самые маленькие коричневые карлики, которые может создать природа.
Однако одно спорное неопубликованное исследование четвертой группы утверждает, что обнаружены парные коричневые карлики, которые почти такие же маленькие, как Юпитер, — неожиданное открытие, которое перевернет модели звездообразования. «Если одна из них окажется настоящей двойной звездой с массой Юпитера, это было бы действительно здорово», — говорит Александр Шольц из Университета Сент-Эндрюс. Но Коралька Мужич из Института астрофизики и космических наук в Лиссабоне, Португалия, считает, что это маловероятно. «Я очень скептически отношусь к этому открытию», — говорит она.
Многие астрономы определяют коричневых карликов на основе того, что они сжигают. Объекты с массой более 70 масс Юпитера обладают достаточно сильной гравитацией, чтобы синтезировать атомы водорода, и классифицируются как традиционные звезды. Коричневые карлики с массой более 13 масс Юпитера могут синтезировать только изотоп водорода, называемый дейтерием, обеспечивая слабое ядерное горение в течение нескольких миллионов лет.
Но чтобы отличить меньшие коричневые карлики от планет, нужно посмотреть, как они формируются. Хотя они могут быть примерно такими же массивными, как 10 Юпитеров, планеты всегда возникают вокруг звезды, из окружающего ее диска газа и пыли.
Напротив, звезды, включая коричневые карлики, формируются сами по себе в гигантских коллапсирующих облаках газа. Под действием гравитации облако сжимается и распадается на сгустки разных размеров, которые подвергаются дальнейшему коллапсу, пока не станут звездами. Но газ нагревается по мере того, как становится плотнее, создавая давление, которое может удерживать его от дальнейшего сжатия и фрагментации. Теории часто привязывали наименьший возможный коричневый карлик к примерно семи массам Юпитера — или 0,007 массы Солнца. «По понятным причинам это исторически называлось массой Джеймса Бонда», — говорит Марк Маккогриан из Института астрономии Макса Планка.
До запуска JWST в 2021 году телескопы видели коричневые карлики размером всего в пять масс Юпитера, но эти наблюдения находились на пределе возможностей инструментов. Возможно, они упускали из виду более мелкие объекты, скрывающиеся в пыльных звездных яслях. JWST с его острым зрением и инфракрасными детекторами в принципе мог видеть слабое свечение гораздо меньших объектов, поэтому три группы использовали его для сканирования близлежащих областей звездообразования и вывода масс обнаруженных ими объектов на основе их цвета.
В исследовании, опубликованном в конце прошлого года, первая группа сообщила об обнаружении нескольких коричневых карликов массой от трех до восьми масс Юпитера в скоплении IC 348, расположенном примерно в 1000 световых годах от нас. В сентябре группа, в которую входил Джаявардхана, заявила, что обнаружила шесть объектов с малой массой, самый легкий из которых в пять раз тяжелее Юпитера, в области звездообразования NGC 1333. Третья статья, размещенная на сервере препринтов arXiv в том же месяце, сообщала о нескольких коричневых карликах размером всего в три массы Юпитера в туманности Пламя, примерно в 1350 световых годах от нас. Во всех этих случаях JWST теоретически должен был обнаружить более мелкие объекты, но не смог.
Не все считают, что дело закрыто. «На данный момент, я думаю, что присяжные еще не вынесли вердикт», — говорит Елена Сабби из Международной обсерватории Джемини. Во-первых, близлежащие звездные ясли, которые изучали эти исследования, могут быть нетипичными для Млечного Пути. Но самая большая проблема исходит от МакКогрина и его коллеги Сэмюэля Пирсона из Европейского космического агентства, которые в препринте от октября 2023 года, опубликованном на arXiv, утверждают, что обнаружили множество ошеломляющих коричневых карликов, которые не должны существовать.
В скоплении Трапеция, в самом сердце туманности Ориона, на расстоянии около 1400 световых лет, Маккохрин и Пирсон заметили 42 коричневых карлика, вращающихся парами, некоторые из них почти такие же легкие, как Юпитер. Они назвали эти головоломные объекты Jupiter-Mass Binary Objects, или JuMBO. В одном месте они обнаружили пять таких диковинок подряд, что заставило Маккохрина окрестить эту область «переулком JuMBO». «Я думаю, будет справедливо сказать, что мы этого не ожидали», — говорит Шольц.
JuMBO, похоже, противоречат как теории звездообразования, так и общепринятому пониманию того, что пары звезд становятся все более редкими при меньших массах. Одна из возможностей заключается в том, что они вовсе не коричневые карлики, а планеты, которые сформировались вокруг других звезд и были позже выброшены гравитационным взаимодействием с различными объектами, но перспектива того, что дуэты будут хаотично выброшены из системы и останутся связанными вместе, кажется исчезающе маловероятной. Другая возможность заключается в том, что JuMBO когда-то были больше, но были уменьшены в размерах взрывами излучения гигантских звезд, которых много в Трапеции.
Маккохрин и Пирсон говорят, что объекты, вероятно, содержат метан и воду, которые распространены в атмосферах холодных новорожденных коричневых карликов. Они сделали вывод о наличии этих газов не из подробных спектров, а из цветов объектов, что поднимает третью, обыденную возможность о том, что они собой представляют, говорит Кевин Луман, астроном из Университета штата Пенсильвания. Он повторно проанализировал данные и обнаружил, что у большинства объектов отсутствуют отличительные цветовые узоры, которые можно было бы ожидать от относительно холодных коричневых карликов с большим количеством воды и метана. Вместо этого он думает, что цвета соответствуют цветам звезд и галактик, покрасневших от пыли Ориона. JuMBO, вероятно, являются фоновыми объектами, проглядывающими сквозь скопление, а не сияющими внутри него, говорит он. Маккохрин возражает, что статически неправдоподобно, чтобы случайные фоновые выравнивания имитировали двойные коричневые карлики, особенно ряд из них, как в аллее JuMBO.
С тех пор МакКохрин и Пирсон сделали спектроскопические снимки скопления и надеются опубликовать новые результаты в ближайшие месяцы, которые, по мнению МакКохрина, подтвердят по крайней мере некоторые из их первоначальных объектов.
Он также стремится еще больше повысить чувствительность телескопа и подал заявку на время для охоты за коричневыми карликами размером с Сатурн. «Никогда не говори никогда, верно?» — говорит он. «Я наблюдатель. Давайте пойдем и посмотрим, что там».
