|
Изотопологи аммиака найдены в атмосфере коричневого карлика
|
|
|
|
Они раскрывают происхождение вина, возраст костей и окаменелостей и служат диагностическими инструментами в медицине. Изотопы и изотопологи — молекулы, различающиеся только составом изотопов, — также играют все более важную роль в астрономии. Например, соотношение изотопов углерода-12 (12C) и углерода-13 (13C) в атмосфере экзопланеты позволяет ученым сделать вывод о расстоянии, на котором экзопланета вращается вокруг своей центральной звезды. До сих пор 12C и 13C, связанные с окисью углерода, были единственными изотопологами, которые можно было измерить в атмосфере экзопланеты. Теперь группе исследователей удалось обнаружить изотопологи аммиака в атмосфере холодного коричневого карлика. Как только что сообщила команда в журнале Nature, аммиак можно измерить в форме 14NH3 и 15NH3. В исследовании принимали участие астрофизики Полихронис Патапис и Адриан Глаузер, являющиеся членами Департамента физики, а также Национального центра компетенции в области исследований (NCCR) PlanetS, причем Патапис был одним из первых авторов.
|
|
|
|
Коричневые карлики находятся где-то между звездами и планетами: во многом они напоминают газовые планеты-гиганты, поэтому их можно использовать в качестве модельной системы для изучения газовых гигантов. В своей работе Патапис и его коллеги наблюдали коричневого карлика WISE J1828, который находится на расстоянии 32,5 световых лет от Земли; на ночном небе она расположена в созвездии Лиры, Лиры. WISE J1828 невозможно увидеть невооруженным глазом: при эффективной температуре (то есть температуре черного тела, которое излучает такое же количество энергии, как и наблюдаемый объект) всего 100°C, это слишком холодно для синтеза водорода. произойти и послать свет на Землю. Чтобы обнаружить эту ультрахолодную звезду-карлика спектрального класса Y, прошлым летом зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) были развернуты в направлении лиры.
|
|
|
Mid-InfraRed Instrument (MIRI), инфракрасный детектор, установленный на борту JWST, позволил выявить изотопологи аммиака на WISE J1828. В диапазоне длин волн от 4,9 до 27,9 мкм спектрометр среднего разрешения (MRS) MIRI зафиксировал спектр коричневого карлика, где, помимо аммиака, исследователи наблюдали молекулы воды и метана, каждая из которых имеет характерные полосы поглощения. В частности, аммиак вызывает затухание сигнала, поступающего на детектор в диапазоне длин волн от 9 до 13 мкм. Изотопологи аммиака можно разрешить и спектроскопически: если молекулы аммиака состоят не из наиболее распространенного изотопа азота 14N, связанного с тремя атомами водорода, а из 15N плюс три атома водорода, то дополнительный нейтрон в ядре азота обеспечивает в спектре имеется излом, который можно объяснить присутствием 15NH3.
|
|
|
|
Соотношение двух изотопологов аммиака, измеренное в атмосфере WISE J1828, особенно интересно: как объясняют Патапис и его коллеги, соотношение 14NH3 и 15NH3 является индикатором, то есть индикатором, который можно использовать в будущем для изучения образование звезд и планет. Это новый инструмент, который поможет протестировать различные известные механизмы образования газовых гигантов. Газовые гиганты, такие как Юпитер или Сатурн, не являются чем-то особенным для нашей Солнечной системы. Эти тела играют важную роль в изучении экзопланет: они появляются на ранних этапах формирования звезд и, таким образом, являются решающим фактором, определяющим, будут ли развиваться меньшие и легкие планеты и если да, то каким образом. До сих пор не было однозначного ответа на вопрос, как образуются массивные газовые гиганты. Эксперты разработали разные теории, но неясно, образовались ли эти планеты в результате ядерной аккреции (как и большинство других планет) или в результате гравитационного коллапса протопланетного диска вокруг звезды-прародителя.
|
|
|
|
Соотношение изотопологов, зафиксированное Патаписом и его коллегами, может дать новые подсказки. На Земле на каждый атом 15N приходится 272 атома 14N. В статье сообщается, что соотношение 14NH3 к 15NH3, измеренное в атмосфере WISE J1828, составляет 670, что означает, что коричневый карлик накопил меньше азота-15 в процессе своего формирования по сравнению с Землей и другими планетами, такими как Юпитер. . Фактически, содержание 15N на WISE J1828 меньше, чем на всех небесных телах нашей Солнечной системы.
|
|
Различные сценарии формирования планет Процессы так называемого фракционирования изотопов, то есть изменения содержания изотопов, до конца не изучены, но считается, что удары комет способствуют обогащению азотом-15, поскольку в кометах содержание 15N значительно выше. Считается, что удары комет являются фундаментальным строительным блоком планет в Солнечной системе: кометы способствовали формированию атмосферы Земли, хотя не совсем ясно, в какой степени.
|
|
|
|
Низкое содержание 15NH3 в спектре WISE J1828 предполагает, что коричневый карлик не следовал обычному пути формирования планет, а именно ядерной аккреции, а вместо этого сформировал звездообразный сценарий, который указывает на гравитационный коллапс. Таким образом, этот тип гравитационной нестабильности, вероятно, будет играть важную роль в формировании газовых гигантов, особенно тех, которые движутся вокруг своей звезды на больших орбитах. Действительно, это еще один важный момент, обсуждаемый в статье: соотношение 14NH3 и 15NH3, по-видимому, сильно варьируется в зависимости от расстояния между газовым гигантом и его звездой, как показано моделированием формирующейся планеты между аммиачным и молекулярным азотным льдом. линии.
|
|
|
|
В астрономии линии льда указывают на минимальные расстояния от центральной звезды, на которых температура достаточно низкая, чтобы определенное летучее химическое соединение перешло в твердую форму. По мнению Патаписа и его коллег, наблюдение повышенного соотношения 14NH3 и 15NH3 может указывать на планетарную аккрецию льдов между линиями аммиачного и азотного льда. Астрономы только что получили дополнительный инструмент для изучения экзопланет, наблюдаемых непосредственно. След аммиака стал ощутимым только благодаря JWST, еще раз подтвердив огромную ценность и беспрецедентные характеристики этого космического телескопа.
|
|
|
|
Источник
|
