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詹姆斯·韦伯太空望远镜在「失败的恒星」上空发现神秘极光

2024-01-10科学

「我们在附近有恒星可以加热平流层的行星上看到过这种现象,但在没有明显外部热源的物体上看到这种现象是疯狂的。」

利用美国国家航空航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),天文学家发现了一颗「失败的恒星」或棕矮星,显示出拥有极光的迹象。

极光更常见的是北极光和南光,它们是由太阳的带电粒子撞击地球大气层中的分子引起的。它们通常只在高纬度地区出现,因为我们星球的磁层将这些粒子输送到两极。

在我们太阳系的其他行星周围,如木星和土星,甚至在活跃的卫星上,如木星的木卫一和土星的恩克拉多斯,都发现了极光。所有这些光照都可能是由带电太阳粒子的轰击引起的。

因此,在距离地球40多光年的棕矮星周围新发现的明显极光,被命名为W1935,是神秘的;它附近没有恒星可以提供带电粒子来激发它。

棕矮星比气态巨行星大,比恒星小,但与恒星一样,是由坍塌的气体和尘埃云形成的。这意味着大多数棕矮星通常与恒星隔离,就像W1935一样。

它们得到了一个有点不公平的绰号,「失败的恒星」,因为它们没有足够的质量在心脏触发氢与氦的核聚变,这一过程为恒星提供了动力,至少在它们的主序星寿命中是这样。

JWST发现的甲烷红外发射表明了W1935上空潜在的极光。当在木星和土星上空看到这样的甲烷排放时,它们是带电粒子沿着磁力线向下冲击大气粒子时大气被加热的结果,也产生了极光。因此,研究小组认为这同样适用于这个孤立的棕矮星。

由于缺乏外部太阳风导致棕矮星可能出现极光,研究小组认为,棕矮星内部可能发生了一些向大气提供能量的内部过程。或者,星际等离子体可能正在撞击W1935,或者棕矮星可能没有完全隔离,可能正在接收附近活跃月球的粒子流入。

詹姆斯·韦伯太空望远镜发现了两颗棕矮星的差异

由美国自然历史博物馆天文学家杰基·法赫蒂领导的科学家团队在用JWST研究12颗棕矮星时发现了这一发现。

其中包括W1935和W2220,这两颗耗资100亿美元的望远镜发现的非常相似的棕矮星几乎是彼此的克隆,温度和亮度相似,水、氨、一氧化碳和二氧化碳的成分也几乎相同。

然而,W1935与它的近孪晶不同之处在于它的甲烷能发射红外光。在W2220上,同样的化合物也在吸收光。

Faherty在一份声明中说:「我们本以为会看到甲烷,因为这些棕矮星上到处都是甲烷。但我们没有吸收光,而是看到了相反的情况:甲烷在发光。」。「我的第一个想法是,到底是什么?为什么这个物体会排放甲烷?」

该团队对棕矮星的大气层进行了建模,以确定甲烷排放的原因,发现W2220的大气层随着海拔高度的升高而冷却,但W1935的大气层似乎正在经历温度反转,其大气层在更高的海拔高度升温。

英国赫特福德大学的研究首席建模师Ben Burningham在同一份声明中表示:「这种逆温现象真的令人费解。」。「我们在附近有恒星可以加热平流层的行星上看到过这种现象,但在没有明显外部热源的物体上看到这种现象是疯狂的。」

这使得研究小组转向木星和土星进行解释,发现温度反转在这些太阳系气态巨星的大气层中也很突出。这方面的主要理论是通过产生极光的相同过程加热。

极光以前曾被用来解释棕矮星的不寻常性质,比如这些失败恒星的温暖例子产生的无线电发射。然而,JWST对W1935的观测代表了首次发现棕矮星的甲烷排放,表明存在极光。

Faherty总结道:「有了W1935,我们现在可以在没有任何恒星辐射的情况下对太阳系现象进行壮观的扩展。」。「有了JWST,我们真的可以‘打开’化学的盖子,揭示太阳系以外的极光过程可能有多相似或不同。」