Med hjälp av nya observationer från James Webb Space Telescope (JWST) har astronomer upptäckt metanutsläpp på en brun dvärg, ett oväntat fynd för en så kall och isolerad värld. Publicerad i tidskriften Nature , tyder fynden på att denna bruna dvärg kan generera norrsken som liknar de som ses på vår egen planet såväl som på Jupiter och Saturnus.
Bruna dvärgar är mer massiva än planeter men lättare än stjärnor och finns överallt i vårt solområde, med tusentals identifierade. Förra året ledde Jackie Faherty, senior forskare och senior utbildningschef vid American Museum of Natural History, ett team av forskare som fick tid på JWST för att undersöka 12 bruna dvärgar.
Bland dessa var CWISEP J193518.59–154620.3 (eller W1935 för kort) – en kall brun dvärg 47 ljusår bort som upptäcktes av Backyard Worlds:Planet 9, medborgarvetenskapsvolontären Dan Caselden och NASAs CatWISE-team. W1935 är en kall brun dvärg med en yttemperatur på cirka 400° Fahrenheit. Massan för W1935 är inte välkänd men den varierar sannolikt mellan sex och 35 gånger Jupiters massa.
Efter att ha tittat på ett antal bruna dvärgar som observerats med JWST, märkte Fahertys team att W1935 såg likadant ut men med ett slående undantag:det släppte ut metan, något som aldrig tidigare har setts på en brun dvärg.
"Metangas förväntas i jätteplaneter och bruna dvärgar, men vi brukar se att den absorberar ljus, inte glöder", säger Faherty, huvudförfattaren till studien. "Vi var förvirrade över vad vi såg först, men till slut förvandlades det till ren spänning vid upptäckten."
Datormodellering gav en annan överraskning:den bruna dvärgen har sannolikt en temperaturinversion, ett fenomen där atmosfären blir varmare med ökande höjd. Temperaturinversioner kan lätt hända med planeter som kretsar runt stjärnor, men W1935 är isolerad, utan någon uppenbar extern värmekälla.
"Vi blev glatt chockade när modellen tydligt förutspådde en temperaturinversion", säger medförfattaren Ben Burningham från University of Hertfordshire. "Men vi var också tvungna att ta reda på var den extra värmen i övre atmosfären kom ifrån."
För att undersöka det vände sig forskarna till vårt solsystem. De tittade särskilt på studier av Jupiter och Saturnus, som båda visar metanutsläpp och har temperaturinversioner. Den troliga orsaken till detta särdrag på solsystemets jättar är norrsken, därför antog forskargruppen att de hade upptäckt samma fenomen på W1935.
Planetforskare vet att en av de viktigaste drivkrafterna för norrsken på Jupiter och Saturnus är högenergipartiklar från solen som interagerar med planeternas magnetfält och atmosfärer och värmer de övre lagren. Detta är också anledningen till norrskenet som vi ser på jorden, vanligtvis kallat norr- eller södersken, eftersom de är mycket extraordinära nära polerna. Men utan värdstjärna för W1935 kan inte en solvind bidra till förklaringen.
Det finns ytterligare en lockande anledning till norrskenet i vårt solsystem. Både Jupiter och Saturnus har aktiva månar som emellanåt skjuter ut material i rymden, interagerar med planeterna och förbättrar norrskenets fotavtryck på dessa världar. Jupiters måne, Io, är den mest vulkaniskt aktiva världen i solsystemet, spyr ut lavafontäner tiotals kilometer höga, och Saturnus måne, Enceladus, sprutar ut vattenånga från sina gejsrar som samtidigt fryser och kokar när den träffar rymden.
Fler observationer behövs, men forskarna spekulerar i att en förklaring till norrskenet på W1935 kan vara en aktiv måne som ännu inte har upptäckts.
"Varje gång en astronom pekar JWST på ett föremål, finns det en chans att en ny häpnadsväckande upptäckt," sa Faherty. "Metanutsläpp fanns inte på min radar när vi startade det här projektet men nu när vi vet att det kan finnas där och förklaringen till det så lockande är jag ständigt på jakt efter det. Det är en del av hur vetenskapen går framåt."
Mer information: Jacqueline Faherty et al, Metanemission från en kall brun dvärg, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07190-w. www.nature.com/articles/s41586-024-07190-w
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av American Museum of Natural History
