В атмосфері коричневих карликів вперше виявили ціаністий водень та ацетилен.

Коричневі карлики часто називають «невдалими зірками»: їхня маса коливається від 13 до 80 мас Юпітера, що недостатньо для запуску стабільного водневого синтезу, характерного для інших світил. Ці об'єкти формуються з газових хмар (тобто приблизно так само, як зірки) і з часом охолоджуються. Вчені розділяють коричневі карлики на чотири основні спектральні класи: M (але не вище M7), L, T, Y (перераховані в порядку зниження температури).

Зокрема, максимальна температура коричневих карликів класу L не перевищує 2227° C, а у найхолодніших з них (клас Y) досягає 27 °C. В таких умовах в атмосферах світил можуть формуватися складні сполуки, наприклад, вода (H₂O), метан (CH₄) та аміак (NH₃), які залишають помітні сліди в інфрачервоних спектрах.

Тепер, розглянувши атмосфери світил системи WISE‑0458 (або WISE J045853.90+643451.9) в середньому інфрачервоному діапазоні за допомогою спектрографа MIRI, встановленого на борту «Вебба», автори нового наукового дослідження, опублікованого на сервері препринтів Корнеллського університету, виявили в них цианістий водень (HCN) та ацетилен (C₂H₂).

Варто відзначити, що обидва світила вивченій зоряній системі належать до однієї з найбільш «холодних» категорій: їхня температура становить приблизно 327 °C та 227 °C відповідно. Раніше вважалося, що атмосфери коричневих карликів класу Т практично ідентичні.

Дослідницька група під керівництвом Елізабет К. Метьюз (Elisabeth C. Matthews) з Інституту астрономії Товариства Макса Планка (Німеччина) проаналізувала спектральні дані і, як і очікувалося, виявила в них наявність молекул води, метану та аміаку, які створюють характерні лінії поглинання.

Наявність двох рідкісних сполук цианістого водню та ацетилену стало несподіванкою: висока концентрація HCN вказала на інтенсивне вертикальне перемішування молекул в атмосфері WISE-0458, через що астрономи дійшли висновку, що гарячі гази з глибоких шарів атмосфери світил швидко піднімалися вгору і «заморожували» хімічні реакції, зберігаючи цианістий водень на висотах, де його можна спостерігати.

Але пояснити високі концентрації ацетилену в атмосфері коричневих карликів виявилося нелегко, адже стандартні моделі цього не передбачали. На Юпітері, наприклад, C₂H₂ утворюється під дією сонячного світла, яке розщеплює метан, але WISE-0458 не отримує подібного випромінювання. Більше того, навіть максимальне перемішування або підвищена металевість атмосфери не пояснює його присутність у таких кількостях.

Астрономи висунули кілька гіпотез, що пояснюють високі концентрації C₂H₂, включаючи магнітну активність, яка породжує полярні сяйва, або удари блискавок, що іонізують гази і запускають незвичайні хімічні процеси.

«Знахідка відкриває нову еру в дослідженні хімії таких субзоряних об'єктів і дозволяє детально вивчити механізми формування та еволюції молекулярного складу не лише коричневих карликів, але й екзопланет з подібними атмосферними умовами», — пояснили автори нового дослідження.

Отримані результати також продемонстрували виняткові можливості «Вебба» для дослідження холодних атмосфер, в яких з високою точністю можна виявити навіть незначні кількості молекул. Розібратися в загадкових хімічних процесах, виявлених у системі WISE-0458, та уточнити дані, допоможуть подальші дослідження та спостереження з використанням інших астрономічних інструментів.