Астрономы, используя космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), исследовали коричневый карлик по прозвищу «Авария». Результаты их работы могут пролить свет на давнюю загадку газовых гигантов Солнечной системы — Юпитера и Сатурна.

Коричневые карлики, часто называемые «неудавшимися звёздами», формируются из сжимающихся облаков газа и пыли, подобно звёздам, но их масса недостаточна для запуска термоядерного синтеза водорода в ядрах. Массы этих объектов составляют от 13 до 80 масс Юпитера, или 0.013–0.08 массы Солнца.

Однако даже среди таких необычных объектов «Авария», расположенная в 50 световых годах от Земли и возрастом 10–12 миллиардов лет, оказалась уникальной. Это один из древнейших известных коричневых карликов, сочетающий черты как молодых, так и старых подобных объектов. Его парадоксальные характеристики стали причиной того, что он оставался незамеченным до случайного открытия в 2020 году обсерваторией NEOWISE.

Слабое свечение и аномальная природа «Аварии» побудили учёных изучить её с помощью JWST. В результате в атмосфере карлика был обнаружен неожиданный химический элемент — силан (соединение кремния и водорода). Это открытие может стать ключом к пониманию химии атмосфер газовых гигантов.

Десятилетия расчётов предсказывали присутствие силана в атмосферах Юпитера и Сатурна, а также у экзопланет-гигантов, однако до сих пор его не удавалось зафиксировать. Учёные полагают, что на газовых гигантах кремний, соединяясь с кислородом, формирует оксиды (например, кварц), которые скрываются под облаками аммиака и водяного пара. Лишь на «Аварии», где кислорода в древней Вселенной было значительно меньше, кремний смог образовать силан.

«Экстремальные объекты, подобные этому, помогают понять, что происходит в типичных мирах», — отмечает Жаклин Фахерти, руководитель исследования из Американского музея естественной истории.

Обнаружение силана у «Аварии» также объясняет, почему его нет в современных газовых гигантах: при обилии кислорода он слишком быстро связывается с кремнием, не оставляя шансов для формирования силана.

«Мы не искали разгадку тайны Юпитера и Сатурна, — признаётся Питер Эйзенхардт, соавтор работы. — Но оказалось, что древний коричневый карлик дал нам ответ. Вселенная продолжает удивлять».

Эти данные подтверждают, что коричневые карлики, несмотря на непригодность для жизни, служат идеальными «лабораториями» для изучения атмосфер экзопланет.

«Мы не найдём жизнь на коричневых карликах, — поясняет Фахерти. — Но их сложная химия учит нас анализировать данные с каменистых планет, где однажды мы будем искать признаки обитаемости».

Исследование опубликовано 4 сентября в журнале Nature.

Учёные планируют продолжить изучение «Аварии» и других древних коричневых карликов, чтобы определить, насколько распространён силан в их атмосферах. Это поможет создать более точные модели формирования газовых гигантов в ранней Вселенной. Кроме того, JWST направит свои инструменты на горячие юпитеры — экзопланеты, схожие по массе с Юпитером, но обращающиеся близко к звёздам. Сравнение их атмосфер с данными по «Аварии» может выявить общие закономерности эволюции планетарных систем.

Открытие также ставит новые вопросы. Например, как именно распределяются элементы в атмосферах коричневых карликов разных возрастов и могут ли подобные процессы влиять на магнитные поля газовых гигантов. Ответы на них приблизят нас к пониманию того, как рождаются и развиваются планетные системы в галактике.