تلسکوپ جیمز وب نشانه‌های قمر فراخورشیدی را در اطراف ستاره‌ای ناکام آشکار کرد

ستاره‌شناس‌ها با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به کشف شگفت‌انگیز انتشار متان از یک کوتوله قهوه‌ای یا ستاره‌ای ناکام رسیدند. بر اساس این یافته، کوتوله‌ی قهوه‌ای دارای شفق‌هایی است که نشان می‌دهند یک قمر در مدار خود دارد. دلیل شگفتی کشف جدید جیمز وب این است که کوتوله‌های قهوه‌ای برای انتشار پرتوی فروسرخ متان به اندازه‌ی کافی داغ نیستند.

یافته‌ها حاصل برنامه‌های جیمز وب برای بررسی ۱۲ کوتوله‌ی قهوه‌ای هستند و نشان می‌دهند این ستار‌ه‌های ناکام می‌توانند شفق‌هایی شبیه به نمونه‌های شمالی و جنوبی زمین را تولید کنند. مشابه این شفق‌ها روی سیاره‌های مشتری و زحل هم دیده شده است. فقدان ستاره در نزدیکی این کوتوله‌ی قهوه‌ای ممکن است صرفا به این معنی باشد که نورهای قطبی روی آن توسط یک قمر فعال مخفی ایجاد می‌شوند.

پژوهشگرها به بررسی کوتوله قهوه‌ای سرد CWISEP J193518.59-154620.3 یا W1935 پرداختند که در فاصله‌ی ۴۷ سال نوری از زمین قرار گرفته است. با اینکه جرم W1935 محدود و بین ۶ الی ۳۵ برابر سیاره مشتری است، دمای سطح آن تقریبا به ۲۰۴ درجه‌ی سانتی‌گراد می‌رسد؛ یعنی دمایی که برای پختن نان کشمشی نیاز است. به گفته‌ی جکی فاهرتی، سرپرست پژوهش:

انتظار می‌رود گاز متان در سیاره‌های غول‌پیکر و کوتوله‌های قهوه‌ای وجود داشته باشد، اما ما معمولا شاهد جذب نور هستیم نه درخشش آن. در ابتدا با مشاهدات گیج شدیم اما بعدا به کشف بسیار شگفت‌انگیزی رسیدیم.

دانشمندان لقب «ستاره‌ ناکام» را به کوتوله‌های قهوه‌ای داده‌اند. دلیل این نام‌گذاری این است که با وجود شکل‌گیری مستقیم این اجرام از ابر گاز و غبار مانند ستاره، به جرم کافی برای همجوشی هسته‌ای هیدروژن به هلیم در هسته‌های خود نمی‌رسند.

فرآیند همجوشی است که می‌تواند تعیین کند یک ستاره از نوع پیش‌رشته اصلی باشد یا خیر، بنابراین کوتوله‌های قهوه‌ای که جرمشان از بزرگ‌ترین سیاره‌ها بیشتر اما از کوچک‌ترین ستاره‌ها کم‌تر است، از نظر فنی در رسیدن به مرحله‌ی پیش‌رشته‌ی اصلی ناکام می‌مانند.

فاهرتی و همکارانش در حال بررسی کوتوله‌های قهوه‌ای متعدد با تلسکوپ جیمز وب متوجه شدند که W1935 شرایط مشابهی اما با یک تفاوت دارد: این ستاره ناکام از خود متان ساطع می‌کند؛ پدیده‌ای که قبلا هرگز در اطراف ستاره‌های ناکام رصد نشده بود.

مدلسازی W1935 نشان می‌دهد که این نوع کوتوله‌ی قهوه‌ای خاص دارای وارونگی دمایی است. طی این پدیده، جو سیاره در سطوح عمیق‌تر سردتر می‌شود. این فرآیند در سیاره‌هایی دیده می‌شود که ستاره‌هایشان جوشان را از بالا به پائین گرم می‌کنند؛ اما انتظار نمی‌رفت برای W1935 هم دیده شود زیرا این کوتوله‌ی قهوه‌ای منزوی است و هیچ منبع گرمایی خارجی ندارد. به نوشته‌ی بن بورینگهام یکی از اعضای تیم پژوهشی:

وقتی مد‌ل‌ها به وضوح، وارونگی دمایی را پیش‌بینی کردند به شدت شوکه شدیم؛ اما توانستیم محاسبه کنیم گرمای بیش از اندازه‌ی جو فوقانی از کجا سرچشمه می‌گیرد.

پژوهشگرها برای حل معما نگاه دقیق‌تری به غول‌های گازی منظومه شمسی یعنی مشتری و زحل انداختند. هر دو غول گازی دارای انتشار متان هستند و وارونگی دمایی در جو هر دو دیده شده است. علت انتشار متان و وارونگی دما در مشتری و زحل، شفق قطبی است که باعث شد فاهرتی و گروهش به نتیجه‌ی مشابهی برای W1935 برسند؛ اما پرسش مهم این است که عامل شفق قطبی W1935 چیست؟

معمولا شفق‌های قطبی مشتری، زحل و زمین به علت بادهای خورشیدی یا جریان ذرات باردار خورشید رخ می‌دهند. این ذرات باردار با میدان‌های مغناطیسی برخورد کرده و در راستای خطوط میدان حرکت می‌کنند. سپس با ذرات موجود در جو سیاره‌ها واکنش می‌دهند. به این ترتیب لایه‌های فوقانی جو گرم شده و به انتشار نور در نزدیکی قطب‌های سیاره می‌انجامد. بدون وجود ستاره‌ای میزبان که بادهای ستاره‌ای را به سمت W1935 منتشر کند، این فرآیند را نمی‌توان عامل اصلی شفق‌های قطبی این کوتوله‌ی قهوه‌ای منزوی درنظر گرفت.

با این‌حال شفق قطبی مشتری و زحل دارای یک عامل ثانویه است. این عامل ثانویه ذرات باردار موجود در این غول‌های گازی است که بر اثر انتشار مواد از قمرهای این سیاره‌ها به وجود می‌آیند. برای مثال آیو، قمر مشتری آتشفشانی‌ترین جرم در کل منظومه‌ی شمسی است که مقدار زیادی گدازه را تا کیلومترها در فضا منتشر می‌کند. از سوی دیگر انسلادوس، قمر زحل دارای یخ‌فشان‌هایی است که ذرات بخار آب و دیگر مواد منجمد را در فضا پخش می‌کند.

بنابراین شفق قطبی W1935 که هیچ ستاره یا باد ستاره‌ای ندارد می‌تواند دلیل بر وجود قمری فعال در اطراف این کوتوله‌ی قهوه‌ای باشد. پیش از تأیید قمر کوتوله قهوه‌ای برای اولین بار نیاز به یافته‌های بیشتری است. تا آن زمان شرایط اولیه نشان می‌دهند که تلسکوپ فضایی جیمز وب از تابستان ۲۰۲۲ تا چه اندازه عملکرد مؤثری داشته است. فاهرتی این‌گونه نتیجه می‌گیرد:

هر بار ستاره‌شناسی جیمز وب را به سمت یک جرم قرار می‌دهد، احتمال رسیدن به یک کشف شگفت‌انگیز افزایش می‌یابد. وقتی این پروژه را شروع کردیم به انتشار متان فکر نمی‌کردم، اما حالا می‌دانیم که این گاز می‌تواند در کوتوله‌ قهوه‌ای وجود داشته باشد و دلیل جذابی دارد. علم به این صورت پیش می‌رود.

یافته‌های پژوهش ۱۷ آوریل در مجله نیچر منتشر شد.