ウェッブ氏、極寒の褐色矮星でオーロラの特徴を検出

NASA/ESA/CSAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用して、天文学者らはおそらく上層大気のエネルギーによるものと思われるメタンからの赤外線放射を伴う褐色矮星を検出した。 この放出を促進する上層大気の加熱はオーロラと関連しています。 W1935 と名付けられたこの褐色矮星は、47 光年の距離に存在します。

地球では、太陽から宇宙に吹き飛ばされたエネルギー粒子が地球の磁場に捕らえられると、オーロラが発生します。

それらは地球の極近くの磁力線に沿って大気中に滝のように流れ込み、ガス分子と衝突し、不気味で踊る光のカーテンを作り出します。

木星と土星には、太陽風との相互作用を伴う同様のオーロラ プロセスがありますが、イオ (木星の場合) やエンケラドゥス (土星の場合) など、近くの活動的な衛星からもオーロラの寄与を受けています。

「W1935のような孤立した褐色矮星にとって、オーロラの過程に寄与し、メタンの放出に必要な上層大気の余分なエネルギーを説明する恒星風が存在しないことは謎である」とアメリカン航空の天文学者ジャッキー・ファハティ博士は述べた。自然史博物館とその同僚。

ファハティ博士らはウェッブを使用して、12 個の低温褐色矮星のサンプルを観察しました。

その中には、Backyard Worlds Zooniverse プロジェクトに協力した市民科学者 Dan Caselden によって発見された天体 W1935 や、NASA の Wide Field Infrared Survey Explorer を使用して発見された天体 W2220 が含まれていました。

ウェッブ氏は、W1935 と W2220 が組成においてお互いのクローンに近いように見えることを極めて詳細に明らかにしました。

また、水、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素の明るさ、温度、スペクトルの特徴も同様でした。

顕著な例外は、W2220に向けて観察された予想される吸収特徴とは対照的に、W1935がメタンからの放出を示したことである。 これは、ウェッブ氏が独特に敏感な赤外線波長で観察されました。

「これらの褐色矮星のいたるところにメタンが存在しているため、メタンが存在することを期待していました」とファハティ博士は語った。

「しかし、光を吸収するのではなく、まったく逆のことがわかりました。メタンが光っていたのです。 最初に思ったのは、一体何だ？ なぜこの物体からメタンが放出されているのでしょうか？」

天文学者たちはコンピューターモデルを使用して、放出の背後にある可能性のあるものを推測しました。

モデリング作業により、W2220 は大気中に予想通りのエネルギー分布があり、高度が上がるにつれて寒くなることが示されました。

一方、W1935 では驚くべき結果が得られました。 最良のモデルは、高度が上昇するにつれて大気が暖かくなる温度逆転を支持しました。

「この温度の逆転は本当に不可解です」とハートフォードシャー大学の天文学者ベン・バーニンガム博士は言う。

「成層圏を加熱する可能性のある恒星が近くにある惑星ではこの種の現象が見られましたが、外部に明らかな熱源がない天体でこのような現象が見られるのは、とんでもないことです。」

手がかりを求めて、研究者たちは私たちの裏庭、太陽系の惑星を調べました。

巨大ガス惑星は、西暦 1935 年の大気中で 47 光年離れたところで起こっているのが見られるものの代用として機能する可能性があります。

科学者たちは、木星や土星のような惑星では温度の逆転が顕著であることに気づきました。

成層圏の加熱の原因を理解するための研究はまだ進行中ですが、太陽系に関する有力な理論には、オーロラによる外部加熱と大気深部からの内部エネルギー輸送が含まれています（前者が有力な説明です）。

研究チームによると、W1935は、メタン放出の特徴を持つ太陽系外の最初のオーロラ候補である。

また、太陽系の外で最も寒いオーロラの候補でもあり、実効温度は摂氏約 200 度 (華氏 400 度) です。

私たちの太陽系では、太陽風がオーロラのプロセスに主に寄与しており、イオやエンケラドゥスのような活動衛星がそれぞれ木星や土星のような惑星の役割を果たしています。

W1935 には伴星がまったく存在しないため、恒星風がこの現象に寄与することはできません。 活動的な月が W1935 のメタン放出に関与しているかどうかはまだわかっていません。

「W1935により、説明に役立つ恒星の照射なしで、太陽系現象の壮大な拡張が得られました」とファハティ博士は述べた。

「ウェッブを使えば、実際に化学の『蓋を開けて』、太陽系の外でオーロラのプロセスがどのように類似しているのか、あるいは異なるのかを解き明かすことができます。」

著者らは今週、その結果を次の場所で発表した。 AAS243、米国ニューオーリンズで開催された米国天文学会の第243回会合。

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ジャクリーン・ファハティ 他。 2024年。JWSTは極寒の褐色矮星のオーロラの特徴を示す。 AAS243、アブストラクト #4359