Древний коричневый карлик раскрывает секреты химии облаков

Глубоко в космосе древний коричневый карлик по прозвищу «Авария» показал первое в истории обнаружение молекулы, которую ученые искали в атмосферах планет на протяжении десятилетий.

Это открытие, опубликованное в Nature, не только объясняет, почему кремний остается скрытым в атмосферах Юпитера и Сатурна, но и открывает окно в то, как химия нашей Вселенной развивалась на протяжении миллиардов лет, показывая нам, что иногда самые неожиданные находки приводят к величайшим научным прорывам.

Впервые астрономы идентифицировали силан — простую молекулу, состоящую из кремния, связанного с четырьмя атомами водорода, в атмосфере небесного объекта. Это открытие имеет большое значение, поскольку планетологи предсказывали существование силана в газовых гигантах, и он играет важную роль в образовании облаков, однако до сих пор он ускользал от обнаружения на Юпитере или Сатурне.

Коричневый карлик, известный как «Авария», расположен примерно в 50 световых годах от нас в созвездии Весов, вероятно, сформировался 10–12 миллиардов лет назад, что делает его одним из старейших обнаруженных коричневых карликов. Коричневые карлики — это удивительные объекты, которые слишком массивны, чтобы считаться планетами, но недостаточно массивны, чтобы поддерживать ядерный синтез, как звезды. Он был случайно обнаружен в 2020 году (отсюда и его название) астрономом-любителем, участвовавшим в проекте Backyard Worlds, Planet 9.

Исследование началось, когда астроном Сэнди Леггетт использовала телескоп Gemini South в Чили для получения изображений «Аварии» в ближнем инфракрасном диапазоне. Телескоп Gemini South — единственный наземный телескоп, способный обнаружить этот чрезвычайно тусклый объект, и он позволил провести дальнейшие наблюдения с помощью космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба, чья беспрецедентная чувствительность выявила следы силана.

Открытие объясняет давнюю загадку кремния в атмосферах планет. Ученые достаточно уверены, что кремний существует в атмосферах Юпитера и Сатурна, но до сих пор он никогда не был обнаружен. Модели предполагают, что в газовых гигантах, которые мы видим сегодня, кремний связывается с легкодоступным кислородом. Это создает более тяжелые молекулы, которые опускаются глубоко под поверхностные слои, где телескопы не могут их обнаружить.

Однако «Авария» образовалась, когда Вселенная была намного моложе и содержала гораздо меньше кислорода. При гораздо меньшем количестве кислорода, присутствовавшего при формировании коричневого карлика, доступный кремний вместо этого связался с водородом, в результате чего образовался силан. Он был намного легче, не мог тонуть и поэтому легко обнаруживается.

Это исследование демонстрирует, как изучение экстремальных объектов помогает ученым понять обычные. Полученные данные подтверждают теории образования облаков в газовых гигантах и дают важную информацию о том, как время образования планет влияет на состав атмосферы.

Исследователи планируют использовать Уэбб и другие инструменты для поиска силана в дополнительных коричневых карликах и экзопланетах, потенциально революционизируя наше понимание химии атмосферы во Вселенной.