Дивний космічний об’єкт, прозваний “аварією”, дав вченим першим оглядом рідкісної молекули на основі кремнію, що довго очікується в атмосфері Юпітер, Сатурната інші гігантські планети.
Цей слабкий, стародавній коричневий карлик – занадто маленький, щоб бути зіркою, занадто великою, щоб бути планетою – був настільки незвичним, що тільки Космічний телескоп Джеймса Вебба міг розгадати свою хімію. Проти шансів астрономи виявили Силан, молекулу, яка ухилялася від усіх інших пошуків.
Пошук відсутнього кремнію
Чому кремнію, один з найпоширеніших елементів Всесвіту, було так важко виявити в атмосфері Юпітера, Сатурна та подібних газових планеет, що обертаються далекі зірки? Нещодавнє дослідження, що складається з даних із НАСАКосмічний телескоп Джеймса Вебба пропонує нову підказку. Дослідження зосереджуються на дивному об’єкті, поміченому випадково у 2020 році та прозвали “аварію”.
Результати були повідомлені 4 вересня в журналі Природа.
ДТП не відповідає очікуванням
Аварія – це те, що астрономи називають коричневим карликом, сферою газу занадто мала, щоб запалити як зірку, але занадто великою, щоб вважатися планетою. Навіть у цій незвичайній категорії він виділяється. Його атмосфера демонструє дивну суміш рис, деякі, як правило, зустрічаються у молодих коричневих гномів, а інші, як правило, пов’язані з набагато старшими.
Because of this confusing blend, it evaded standard detection techniques until about five years ago, when a volunteer discovered it while combing through NASA data as part of Backyard Worlds: Planet 9. This citizen science project allows participants worldwide to search for hidden objects using images from NASA’s retired NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer), which was operated by NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Південна Каліфорнія.
Телескоп Вебба помічає несподіване
Аварія настільки слабка і дивна, що дослідникам потрібна найпотужніша космічна обсерваторія NASA, Вебб, щоб вивчити її атмосферу. Серед кількох сюрпризів вони знайшли докази молекули, яку вони не могли спочатку визначити. Це виявилася проста молекула кремнію під назвою Силан (SIH4). Дослідники давно очікували – але не змогли знайти силан не тільки в газових гігантах нашої Сонячної системи, але і в тисячах атмосфери, що належать до коричневих карликів, та до газових гігантів, що обертаються іншими зірками. Аварія – це перший такий об’єкт, де була визначена ця молекула.
Вчені досить впевнені, що кремній існує в атмосфері Юпітера та Сатурна, але що він прихований. Зв’язаний з киснем, кремній утворює оксиди, такі як кварц, який може насіняти хмари на гігантах з гарячим газом, що містить схожість із пиловими штормами на землі. На більш прохолодних газових гігантах, таких як Юпітер і Сатурн, ці типи хмар проточували б далеко під легшими шарами водяної пари та аміацькими хмарами, поки будь-які молекули, що містять кремнію, не будуть глибоко в атмосфері, невидимі навіть для космічних кораблів, які вивчали ці дві планети близько.
Головоломка силану
Деякі дослідники також заявляють, що легші молекули кремнію, як і Силан, слід знайти вище в цих атмосферних шарах, залишені позаду, як сліди борошна на столі пекаря. Те, що такі молекули не з’являлися ніде, за винятком одного, своєрідного коричневого карлика, говорить про те, що про хімію, що відбувається в цих умовах.
“Іноді це крайні об’єкти, які допомагають нам зрозуміти, що відбувається в середніх”, – сказав Фахерті, дослідник Американського природничого музею в Нью -Йорку та провідний автор нового дослідження.
Стародавня космічна реліквія
Розташований близько 50 світлових років із Землі, аварія, ймовірно, утворила 10 мільярдів до 12 мільярдів років тому, що зробило його одним із найстаріших коричневих карликів, які коли-небудь виявляли. Всесвіту близько 14 мільярдів років, і на той час, коли розвивалася аварія, космос містив переважно водень та гелію, із слідами інших елементів, включаючи кремній. Над еонами такі елементи, як вуглець, азот та кисень, підроблені в ядрах зірок, тому планети та зірки, які утворилися останнім часом, мають більше цих елементів.
Спостереження Вебба про аварію підтверджують, що силан може утворюватися в коричневих карликових та планетарних атмосферах. Той факт, що Силан, схоже, не вистачає в інших коричневих гномів та газових гігантських планет, говорить про те, що коли кисень доступний, він зв’язується з кремнієм з такою високою швидкістю і так легко, практично жоден кремній не залишається зв’язатись з воднем і утворювати силан.
То чому Силан в аварії? Автори дослідження припускають, що це набагато менший кисень був присутній у Всесвіті, коли сформувався стародавній коричневий карлик, в результаті чого в його атмосфері менше кисню загрожувати весь кремній. Наявний кремній, замість цього пов’язаний з воднем, що призвело до силану.
Всесвіт сюрпризів
“Ми не хотіли розгадати таємницю про Юпітера та Сатурна з цими спостереженнями”, – сказав JplПітер Ейзенхардт, науковець проекту для мудрої (широкопольової інфрачервоної дослідницької дослідника), яка згодом була перероблена як Neowise. “Коричневий гнома – це куля газу, як зірка, але без внутрішнього синтезу реактора він стає прохолоднішим і прохолоднішим, з атмосферою, як і з газовими гігантськими планетами. Ми хотіли зрозуміти, чому цей коричневий карлик настільки дивний, але ми не очікували силану. Всесвіт продовжує здивувати нас”.
Коричневі карлики часто простіше вивчати, ніж газові гігантські екзопланети, оскільки світло з далекої планети, як правило, заглушається зіркою, яку він орбіт, а коричневі карлики, як правило, літають соло. І уроки, отримані з цих об’єктів, поширюються на всілякі планет, включаючи ті, що знаходяться поза нашою Сонячною системою, які можуть мати потенційні ознаки придатності.
Підготовка до майбутніх відкриттів
“Щоб було зрозуміло, ми не знаходимо життя на коричневих карликах”, – сказав Фахерті. “Але на високому рівні, вивчаючи всю цю різноманітність та складність у планетарних атмосферах, ми налаштовуємо вченим, які один день повинні робити такий хімічний аналіз для скелястих, потенційно земних планет. Це може не конкретно включати кремнію, але вони збираються отримати дані, які відповідають, і це не відповідає їхній моделях”
Reference: “Silicate precursor silane detected in cold low-metallicity brown dwarf” by Jacqueline K. Faherty, Aaron M. Meisner, Ben Burningham, Channon Visscher, Michael Line, Genaro Suárez, Jonathan Gagné, Sherelyn Alejandro Merchan, Austin James Rothermich, Adam J. Burgasser, Adam C. Schneider, Dan Caselden, J. Davy Kirkpatrick, Marc Jason Kuchner, Daniella Carolina Bardalez Gagliuffi, Peter Eisenhardt, Christopher R. Gelino, Eileen C. Gonzales, Federico Marocco, Sandy Leggett, Nicolas Lodieu, Sarah L. Casewell, Pascal Tremblin, Michael Cushing, Maria Rosa Zapatero Osorio, Víctor JS Беджар, Бартош Гауза, Едвард Райт, Марк У. Філліпс, Джун-ян Чжан та Едуардо Л. Мартін, 20 серпня 2025, Природа.
Doi: 10.1038/S41586-025-09369-1
Більше про мудрий, Вебб
Відділ Caltech, JPL керував і керував WIRME для дирекції наукової місії НАСА. Місія була обрана конкурентно в рамках програми дослідників NASA, якою керує Центр космічних польотів Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд. Місія Neowise була проектом JPL та Університету Арізони в Тусоні, що підтримується координацією планетарної оборони НАСА.
Космічний телескоп Джеймса Вебба – це головна обсерваторія космічної науки у світі, і міжнародна програма на чолі з NASA зі своїми партнерами, ESA (Європейське космічне агентство) та CSA (Канадське космічне агентство).
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
