Коричневые карлики занимают промежуточное положение между звёздами и газовыми гигантами, не подчиняясь привычным определениям. Они формируются так же, как и другие звёзды, — при сжатии огромных облаков холодного водорода. Этот же механизм порождает звёзды в широком диапазоне масс: от небольших тусклых M-карликов, которые будут светить триллионы лет, до массивных звёзд типа O, чья жизнь коротка и завершается взрывом сверхновой.
Астрономы изучают, насколько малые объекты способны возникать при сжатии газового облака. Новое исследование под названием «Новый спектральный класс коричневых карликов на нижней границе начальной функции масс в IC 348» опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters. Его авторы — Кевин Лумана из факультета астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания и Катарина Алвес де Оливейра, руководитель отдела развития научных операций Европейского космического агентства.
Работа сосредоточена на области звездообразования IC 348, расположенной примерно в тысяче световых лет от Земли и входящей в более крупное молекулярное облако Персея. Это скопление из примерно 400 звёзд возрастом от 2 до 5 миллионов лет, окружённых туманностью. Благодаря относительной близости к Земле этот район удобен для поиска самых малых коричневых карликов: ранее здесь уже находили объекты планетарной массы, вплоть до четырёх масс Юпитера.
В предыдущем исследовании с помощью космического телескопа имени Джеймса Уэбба авторы выявили три новых коричневых карлика в центре этого скопления. «Самый тусклый объект имел оценочную массу 3–4 массы Юпитера, что делало его претендентом на звание наименее массивного коричневого карлика, подтверждённого спектроскопией», — пишут исследователи. Теперь астрономы провели более глубокий обзор на большей площади и обнаружили 39 новых кандидатов в коричневые карлики, получив спектры для 15 из них с помощью прибора NIRSpec. Девять из этих 15 отнесены к субзвёздным членам скопления IC 348, то есть их массы недостаточно для запуска термоядерного синтеза водорода.
«Самые тусклые новые члены имеют оценочную массу около 2 масс Юпитера, что даёт новое ограничение на минимальную массу начальной функции масс», — отмечают авторы. Это лишь 0,19% массы Солнца. Столь малые коричневые карлики ставят под сомнение привычные представления о звездообразовании. У двух из трёх карликов, найденных ранее, в спектрах присутствовала необычная особенность — полоса поглощения неопознанного алифатического углеводорода, не предсказанная моделями атмосфер и ранее не встречавшаяся за пределами Солнечной системы. В новых наблюдениях тот же углеводород обнаружен ещё у ряда объектов, так что всего в IC 348 насчитывается 11 коричневых карликов с этой особенностью. Поскольку она усиливается у более тусклых объектов, углеводороды являются естественной чертой самых холодных коричневых карликов, а не случайностью или загрязнением.
Это побудило учёных выделить новый спектральный класс. «Мы предлагаем новый спектральный класс «H», который определяется наличием фундаментальной полосы углеводорода на длине волны 3,4 микрометра», — пишут они. Некоторые из этих объектов, судя по всему, обладают условиями для формирования планет: «Два новых члена (около 2 и 10 масс Юпитера) демонстрируют большое избыточное излучение от околозвёздных дисков, что показывает наличие у них исходного материала для образования планет». Субзвёздный объект массой всего в две массы Юпитера, имеющий собственные планеты, — ещё один пример того, как природа не укладывается в наши определения: это скорее двойная планета или субзвёздная иерархия вместо классической системы «звезда плюс планета». Работа вновь подтверждает возможности телескопа имени Джеймса Уэбба, который ищет точку, где привычные определения перестают работать, и попутно приносит впечатляющие снимки.