Obca zorza polarna
Światła widoczne na brązowym karle mogą oznaczać, że krąży wokół niego księżyc
PODCZAS NIEDAWNEGO dorocznego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (American Astronomical Society; AAS) – największej organizacji zrzeszającej profesjonalnych astronomów w USA – wiele obiektów kosmicznych miało okazję, żeby zabłysnąć.
W przypadku brązowych karłów blask ten jest jednak dość słaby.
Brązowe karły stanowią coś w rodzaju pośredniej kategorii pomiędzy planetami a gwiazdami. Są tak masywne, że ciśnienie w ich jądrze jest wystarczające do fuzji deuteru (izotopu wodoru), ale nie aż tak, aby podtrzymywać fuzję zwykłego wodoru – a zachodzenie tego samopodtrzymującego się procesu jest definicją właściwej gwiazdy. Zakres mas brązowych karłów wynosi od około 13 mas Jowisza do około 75-krotności masy gazowego olbrzyma (lub około 0,075 masy Słońca).
Generują one również ciepło w wyniku kontrakcji grawitacyjnej, a niektóre z nich, mające największe masy, spalają również lit. Wszystkie te procesy są jednak krótkotrwałe, przez co brązowe karły pozostają względnie nieaktywne. Z tego powodu są one czasami określane mianem nieudanych gwiazd, co moim zdaniem jest rażąco niesprawiedliwe. Kim jesteśmy, by je oceniać? Może brązowe karły to po prostu planety, które osiągnęły zbyt wiele.
Ponieważ jednak proces fuzji termojądrowej jest efemeryczny, brązowe karły wkrótce po uformowaniu się po prostu stygną i z czasem gasną. Oznacza to, że w świetle widzialnym są niezwykle słabe i mogą być całkowicie niewidoczne dla teleskopów optycznych, nawet jeśli znajdują się dość blisko Ziemi. Istnienie pierwszego odkrytego brązowego karła, Teide-1, położonego w pobliskiej gromadzie gwiazd Plejady, zostało potwierdzone dopiero w 1995 roku. Dobra wiadomość jest taka, że w obiektach tych zachowało się wiele ciepła pozostałego po ich formowaniu, dzięki czemu przez długi czas emitują one promieniowanie podczerwone, dzięki czemu są znacznie
łatwiejsze do dostrzeżenia w tych długościach fal.
Mimo że od odkrycia minęły już prawie trzy dekady, wciąż jest wiele rzeczy, których o brązowych karłach nie wiemy. Nadal roztacza się wokół nich atmosfera tajemniczości – w jednym przypadku, który przedstawiono na zjeździe AAS, jest to atmosfera całkiem realna.
CWISEP J193518.59–154620.3 – nazwijmy go w skrócie W1935, ponieważ tak robią astronomowie – to brązowy karzeł znajdujący się w gwiazdozbiorze Strzelca. Jak na tego typu obiekty jest bardzo zimny: jego temperatura wynosi około 200°C, co sprawia, że jest on niezwykle słaby. Został odkryty dopiero w 2019 roku, mimo że znajduje się zaledwie około 47 lat świetlnych od Ziemi. W skali galaktycznej to bardzo blisko, praktycznie na wyciągnięcie ręki.
Niedawno, w ramach programu mającego na celu lepsze poznanie składu chemicznego, struktury i atmosfer zimnych brązowych karłów, astronomowie przeprowadzili obserwacje W1935, korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (James Webb Space Telescope; JWST). Za pomocą spektrografu rozdzielili promieniowanie obiektu na poszczególne barwy, tworząc jego widmo, które można wykorzystać do szukania obecności różnych związków, takich jak woda i dwutlenek węgla.
Widmo ujawniło jednak pewną niespodziankę. Zazwyczaj gazowy metan atmosferyczny w brązowym karle pochłania docierające z wnętrza promieniowanie podczerwone, więc w pewnych długościach fal występuje spadek jego jasności. Astronomowie zaobserwowali zjawisko dokładnie odwrotne: zamiast absorbować promieniowanie podczerwone, metan je emituje. Oznacza to, że w atmosferze W1935 musi być coś, co pompuje energię do cząsteczek metanu.
Nie ukazała się jeszcze żadna recenzowana praca dotycząca tych badań, niemniej odkryta widmowa niespodzianka rodzi kilka interesujących kwestii. Ten brązowy karzeł jest zdecydowanie zbyt zimny, aby jego temperatura mogła być źródłem energii dla metanu. Chociaż możliwe jest, że winę za to ponoszą jakieś procesy we wnętrzu obiektu, to, zdaniem astronomów, którzy zebrali dane, znacznie bardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest istnienie zorzy polarnej na W1935.
To wielkie zaskoczenie! Na Ziemi zorze powstają, gdy pole magnetyczne naszej planety porywa subatomowe cząstki wiatru słonecznego. Cząstki są kierowane w głąb naszej atmosfery, gdzie uderzają w atomy i cząsteczki gazu, sprawiając, że świecą one jak neony.
Ponieważ brązowe karły mogą mieć silne pola magnetyczne, wyjaśnienie to wydaje się prawdopodobne. Problem polega na tym, że W1935 jest kosmicznym samotnikiem; w jego pobliżu nie ma gwiazd, które mogłyby dostarczać cząstki potrzebne do wytworzenia zorzy polarnej.
Istnieje jednak inna intrygująca ewentualność. Na Jowiszu występuje zorza polarna, która jest zasilana przez wiatr słoneczny, a także przez trzy jego księżyce: Io, Europę i Ganimedesa. W przypadku hiperaktywnego tektonicznie Io, siarka, którą wulkany wyrzucają w przestrzeń kosmiczną, oddziałuje z polem magnetycznym Jowisza, tworząc zorzę polarną.
Czy coś podobnego może mieć miejsce w przypadku W1935? Jeśli ma on księżyc lub, co bardziej ekscytujące, nawet ciało o masie planetarnej krążące wokół niego, wówczas aktywność wulkaniczna na tym towarzyszu może wywoływać zorze polarne. Przelatujące cząstki byłyby wychwytywane przez pole magnetyczne brązowego karła i spływałyby do atmosfery, wzbudzając cząsteczki metanu i powodując ich świecenie. Pomimo że W1935 znajduje się stosunkowo blisko nas, jest wciąż zbyt odległy i słaby, abyśmy mogli dostrzec jakichkolwiek jego orbitujących towarzyszy. Możliwe jest jednak, że takie ciało można wykryć pośrednio. Dla przykładu, podobnie jak w przypadku zorzy indukowanej przez księżyc Jowisza, zorza W1935 może cyklicznie zanikać i wzrastać wraz z okresem orbitalnym towarzysza. Odnalezienie tego wzorca byłoby prawdopodobnie niezwykle trudne, ale jest teoretycznie możliwe.
Zorze polarne na brązowych karłach wykrywano już wcześniej, ale nigdy w przypadku tak zimnego obiektu jak W1935. Odkrycie to może doprowadzić do lepszego zrozumienia zachowania brązowych karłów, zwłaszcza tych z silnymi polami magnetycznymi. A kto wie, może przy okazji uda się znaleźć przypadkiem jakąś planetę lub księżyc.
Ogólnie rzecz biorąc, natura ma tendencję do tworzenia niewielu dużych obiektów, a za to wielu małych; dla przykładu, gwiazdy o dużej masie występują rzadko, a te o mniejszej, takie jak czerwone karły, są powszechne. Jeśli ta reguła rozciąga się na obiekty, które są jeszcze mniejsze, to brązowe karły mogą okazać się najliczniejszymi obiektami subgwiazdowymi we Wszechświecie. Z prowadzonych od niemal 30 lat obserwacji wynika, że są one niezwykle interesujące i wciąż potrafią zaskakiwać. Najwyraźniej epoka ich blasku dopiero się zaczyna. ■