Странен космически обект, наречен „Инцидентът“, даде на учените поглед към рядка молекула на силициева основа, която експертите търсят отдавна в атмосферите на Юпитер, Сатурн и други гигантски планети.

Това бледо, древно кафяво джудже — твърде малко, за да бъде звезда, и твърде голямо, за да бъде планета — е било толкова необичайно, че само космическият телескоп James Webb е успял да разгадае неговата химия.

Въпреки всички очаквания, астрономите са открили силан – молекула, която се е изплъзвала при всяко друго търсене.

В търсене на липсващия силиций

Защо силицият, един от най-разпространените елементи във Вселената, е толкова труден за откриване в атмосферите на Юпитер, Сатурн и подобни газови планети, обикалящи около далечни звезди?

Скорошно проучване, базирано на данни от космическия телескоп James Webb на НАСА, предлага нова следа. Изследването се фокусира върху странен обект, забелязан случайно през 2020 г. и наречен „Инцидентът“.

Резултатите са публикувани в списание Nature.

„Инцидентът“ опровергава очакванията

„Инцидентът“ е това, което астрономите наричат кафяво джудже – газова сфера, твърде малка, за да се възпламени като звезда, но твърде голяма, за да се счита за планета.

Дори в тази необичайна категория обектът се откроява. Атмосферата му показва странна смесица от характеристики – някои типични за младите кафяви джуджета, а други, свързвани с много по-стари такива.

Поради тази объркваща комбинация, той е успявал да се скрие от стандартните методи за откриване допреди около пет години.

Тогава доброволец го открива, докато преглежда данни на НАСА като част от проекта Backyard Worlds: Planet 9.

Този граждански научен проект позволява на участници от цял свят да търсят скрити обекти, използвайки изображения от пенсионирания телескоп на НАСА NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer), който се управляваше от Лабораторията за реактивно движение на НАСА в Южна Калифорния.

Телескопът Webb забелязва неочакваното

„Инцидентът“ е толкова блед и странен, че на изследователите им е била нужна най-мощната космическа обсерватория на НАСА, Webb, за да проучат атмосферата му.

Сред няколкото изненади те откриват доказателства за молекула, която първоначално не са могли да идентифицират.

Оказва се, че това е проста силициева молекула, наречена силан (SiH4).

Експеритите отдавна са очаквали, но не са успявали да намерят силан не само в газовите гиганти на нашата Слънчева система, но и в хилядите атмосфери на кафяви джуджета и газови гиганти, обикалящи около други звезди.

„Инцидентът“ е първият такъв обект, в който тази молекула е идентифицирана.

Учените са уверени, че силиций съществува в атмосферите на Юпитер и Сатурн, но е скрит.

Свързан с кислород, силицият образува оксиди като кварц, които могат да породят облаци на горещи газови гиганти, наподобяващи прашни бури на Земята.

При по-студени газови гиганти като Юпитер и Сатурн, тези видове облаци биха потънали дълбоко под по-леките слоеве от облаци от водна пара и амоняк, докато всички молекули, съдържащи силиций, се окажат дълбоко в атмосферата, невидими дори за космическите апарати, които са изследвали тези две планети отблизо.

Загадката на силана

Някои изследователи също така предполагат, че по-леки молекули на силиция, като силана, би трябвало да се намират по-високо в тези атмосферни слоеве, оставени като следи от брашно на масата на пекар.

Фактът, че такива молекули не са се появили никъде другаде освен в едно-единствено, особено кафяво джудже, подсказва нещо за химията, която се случва в тези среди.

„Понякога именно екстремните обекти ни помагат да разберем какво се случва в обикновените“, казва Фахърти, изследовател в Американския природонаучен музей в Ню Йорк.

Древна космическа реликва

Разположен на около 50 светлинни години от Земята, „Инцидентът“ вероятно се е формирал преди 10 до 12 милиарда години, което го прави едно от най-старите откривани някога кафяви джуджета.

Вселената е на около 14 милиарда години, а по времето, когато „Инцидентът“ се е развил, Космосът е съдържал предимно водород и хелий, със следи от други елементи, включително силиций.

С течение на еоните елементи като въглерод, азот и кислород са се образували в ядрата на звездите, така че планетите и звездите, формирали се по-скоро, притежават повече от тези елементи.

Наблюденията на Webb върху „Инцидентът“ потвърждават, че силан може да се образува в атмосферите на кафяви джуджета и планети.

Фактът, че силанът изглежда липсва в други кафяви джуджета и газови гиганти, предполага, че когато има наличен кислород, той се свързва със силиция с толкова висока скорост и толкова лесно, че на практика не остава силиций, който да се свърже с водород и да образува силан.

Защо тогава има силан в „Инцидентът“? Изследователите предполагат, че това е така, защото много по-малко кислород е присъствал във Вселената, когато се е формирало древното кафяво джудже, което е довело до по-малко кислород в атмосферата му, който да погълне целия силиций.

Наличният силиций вместо това се е свързал с водород, което е довело до образуването на силан.

Вселена от изненади

„С тези наблюдения не се опитвахме да разрешим мистерия, свързана с Юпитер и Сатурн“, заявява Питър Айзенхард от JPL, научен ръководител на мисията WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), която по-късно беше преобразувана в NEOWISE.

„Кафявото джудже е газова топка като звезда, но без вътрешен термоядрен реактор то става все по-студено и по-студено, а атмосферата му е подобна на тази на газовите гиганти. Искахме да разберем защо това кафяво джудже е толкова странно, но не очаквахме да открием силан. Вселената продължава да ни изненадва.“

Кафявите джуджета често са по-лесни за изучаване от екзопланетите от типа газов гигант, тъй като светлината от далечна планета обикновено се заглушава от звездата, около която обикаля, докато кафявите джуджета обикновено се движат самостоятелно.

А уроците, научени от тези обекти, се отнасят за всякакви планети, включително и за тези извън нашата Слънчева система, които биха могли да показват потенциални признаци за обитаемост.

Подготовка за бъдещи открития

„За да сме наясно, ние не откриваме живот на кафяви джуджета“, каза Фахърти.

„Но в по-широк план, изучавайки цялото това разнообразие и сложност в планетарните атмосфери, ние подготвяме учените, които един ден ще трябва да правят такъв химичен анализ на скалисти, потенциално подобни на Земята планети. Може да не става дума конкретно за силиций, но те ще получат данни, които са сложни и объркващи и не отговарят на техните модели, точно както се случва с нас. Те ще трябва да анализират всички тези сложности, ако искат да отговорят на тези големи въпроси.“