A barna törpék átmenetet képeznek a bolygók és a csillagok között. Ahhoz, hogy egy összehúzódó anyagfelhőből csillag jöhessen létre, a születő égitestnek meg kell haladnia a Jupiter tömegének nagyjából nyolcvanszorosát, mert csak ettől a tömegtől fölfelé jön létre a csillag magjában a stabil hidrogénfúzió beindulásához és fenntartásához szükséges nyomás és hőmérséklet. Ugyanakkor a 13 jupitertömeget meghaladó méretű égitestek képesek átmenetileg nukleáris energiát termelni a felhő eredeti anyagában korlátozott mennyiségben rendelkezésre álló lítium és deutérium (2H) atommagfúziója révén, így ez jelöli ki a barna törpék tömegének alsó, illetve a bolygók tömegének felső határát.

A barna törpék tehát se nem bolygók, se nem csillagok. A kialakulásukat követő kezdeti felfűtés után fokozatosan hűlnek, színük a mélyvöröstől a feketéig halványul – innen ered a nevük. Viszonylag hűvös, tipikusan néhány száz °C hőmérsékletű felszínük miatt az infravörös hullámhossz-tartományban figyelhetőek meg a legkönnyebben. Rutinosabb olvasóink ezen a ponton már ki is találhatják, mi következik: igen, az infravörös csillagászat ifjú titánjának, a James Webb-űrtávcsőnek a segítségével a barna törpék kutatásában elért meglepő új tudományos eredményről fog szólni ez a beszámoló.

Hamisszínes fantáziarajz a James Webb-űrtávcsővel megfigyelt W1935 katalógusjelű barna törpe sarkvidéke fölötti sarkifény-jelenségről. Valójában az égitest hőmérséklete 200 °C körül alakul, így szemmel látható fényt nem, csak infravörös sugárzást bocsát ki. Forrás: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI).

A csillagászok metánfénylést mutattak ki egy egyedülálló barna törpe légkörében a James Webb infravörös spektrográfjának segítségével. A metán a barna törpék és gázóriás bolygók légkörének gyakori összetevője, ám nyugalmi, egyensúlyi helyzetben a hőmérséklet belülről kifelé csökken. Emiatt a színképben a metán gerjesztési energiaszintjeinek megfelelő hullámhosszakon sötét elnyelési vonalak figyelhetőek meg. Ha azonban valamilyen külső hatás a légkör felsőbb rétegeit felmelegíti, hőmérsékleti inverzió lép fel, akkor a színképben fényes kibocsátási, azaz emissziós vonalak jelennek meg.

A Webb-űrtávcsővel összesen 12 barna törpét vizsgáltak meg a programban részt vevő kutatók, ám ilyen rendellenes emissziós viselkedést egyedül a W1935 jelű célpontnál találtak. Ugyanakkor hasonló metánfénylés figyelhető meg a Naprendszerben a Jupiter és Szaturnusz légkörében is. Innen tudjuk, hogy ezt a kibocsátást elsősorban a bolygók mágneses terében mozgó napszél-részecskék, valamint kisebb részben a bolygók holdjairól származó töltött részecskék gerjesztik a sarkvidékek fölött, vagyis sarki fényről van szó.

Egy egyedülálló barna törpe esetében azonban egy központi csillag szele nem magyarázhatja a sarkifény-jelenséget, így a csillagászok csak találgatni tudnak az infravörös sugárzás eredetével kapcsolatban. Talán a csillagközi plazma, vagy egy ismeretlen, a barna törpe körül keringő közeli aktív kísérő lehet a töltött részecskék forrása, hasonlóan a Jupiter Io vagy a Szaturnusz Enceladus holdjához.

Korábban barna törpéken rádiótartományban találtak már sarki fényre utaló jeleket, ám akkor földi infravörös távcsövekkel ezt nem sikerült megerősíteni. A W1935 sarki fénylésének felfedezésével egy újabb naprendszerbeli jelenséget sikerült a tágabb világegyetemre kiterjesztve megfigyelni. További várható hasonló jelenségek felfedezésével a jövőben pedig újabb szempontból tudják a csillagászok megvizsgálni, hogy vajon e tekintetben általános vagy egyedi-e a bolygórendszerünk az univerzumban.

Forrás: WebbTelescope.org