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占士·韋伯太空望遠鏡在「失敗的恒星」上空發現神秘極光

2024-01-10科學

「我們在附近有恒星可以加熱平流層的行星上看到過這種現象,但在沒有明顯外部熱源的物體上看到這種現象是瘋狂的。」

利用美國太空總署的占士·韋伯太空望遠鏡(JWST),天文學家發現了一顆「失敗的恒星」或棕矮星,顯示出擁有極光的跡象。

極光更常見的是北極光和南光,它們是由太陽的帶電粒子撞擊地球大氣層中的分子引起的。它們通常只在高緯度地區出現,因為我們星球的磁層將這些粒子輸送到兩極。

在我們太陽系的其他行星周圍,如木星和土星,甚至在活躍的衛星上,如木星的木衛一和土星的恩克拉多斯,都發現了極光。所有這些光照都可能是由帶電太陽粒子的轟擊引起的。

因此,在距離地球40多光年的棕矮星周圍新發現的明顯極光,被命名為W1935,是神秘的;它附近沒有恒星可以提供帶電粒子來激發它。

棕矮星比氣態巨行星大,比恒星小,但與恒星一樣,是由坍塌的氣體和塵埃雲形成的。這意味著大多數棕矮星通常與恒星隔離,就像W1935一樣。

它們得到了一個有點不公平的綽號,「失敗的恒星」,因為它們沒有足夠的質素在心臟觸發氫與氦的核聚變,這一過程為恒星提供了動力,至少在它們的主序星壽命中是這樣。

JWST發現的甲烷紅外發射表明了W1935上空潛在的極光。當在木星和土星上空看到這樣的甲烷排放時,它們是帶電粒子沿著磁力線向下沖擊大氣粒子時大氣被加熱的結果,也產生了極光。因此,研究小組認為這同樣適用於這個孤立的棕矮星。

由於缺乏外部太陽風導致棕矮星可能出現極光,研究小組認為,棕矮星內部可能發生了一些向大氣提供能量的內部過程。或者,星際等離子體可能正在撞擊W1935,或者棕矮星可能沒有完全隔離,可能正在接收附近活躍月球的粒子流入。

占士·韋伯太空望遠鏡發現了兩顆棕矮星的差異

由美國自然歷史博物館天文學家傑基·法赫蒂領導的科學家團隊在用JWST研究12顆棕矮星時發現了這一發現。

其中包括W1935和W2220,這兩顆耗資100億美元的望遠鏡發現的非常相似的棕矮星幾乎是彼此的複制,溫度和亮度相似,水、氨、一氧化碳和二氧化碳的成分也幾乎相同。

然而,W1935與它的近孿晶不同之處在於它的甲烷能發射紅外光。在W2220上,同樣的化合物也在吸收光。

Faherty在一份聲明中說:「我們本以為會看到甲烷,因為這些棕矮星上到處都是甲烷。但我們沒有吸收光,而是看到了相反的情況:甲烷在發光。」。「我的第一個想法是,到底是什麽?為什麽這個物體會排放甲烷?」

該團隊對棕矮星的大氣層進行了建模,以確定甲烷排放的原因,發現W2220的大氣層隨著海拔高度的升高而冷卻,但W1935的大氣層似乎正在經歷溫度反轉,其大氣層在更高的海拔高度升溫。

英國赫特福德大學的研究首席建模師Ben Burningham在同一份聲明中表示:「這種逆溫現象真的令人費解。」。「我們在附近有恒星可以加熱平流層的行星上看到過這種現象,但在沒有明顯外部熱源的物體上看到這種現象是瘋狂的。」

這使得研究小組轉向木星和土星進行解釋,發現溫度反轉在這些太陽系氣態巨星的大氣層中也很突出。這方面的主要理論是透過產生極光的相同過程加熱。

極光以前曾被用來解釋棕矮星的不尋常性質,比如這些失敗恒星的溫暖例子產生的無線電發射。然而,JWST對W1935的觀測代表了首次發現棕矮星的甲烷排放,表明存在極光。

Faherty總結道:「有了W1935,我們現在可以在沒有任何恒星輻射的情況下對太陽系現象進行壯觀的擴充套件。」。「有了JWST,我們真的可以‘開啟’化學的蓋子,揭示太陽系以外的極光過程可能有多相似或不同。」