Průlomové astrofyzikální zkoumání, využívající bezkonkurenční pozorovací sílu Vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST), odhalilo klíčovou stopu k pochopení atmosférické chemie plynných obrů. Studováním unikátního nebeského objektu známého jako „The Accident“, hnědého trpaslíka, astronomové detekovali molekulu silanu (hydrid křemíku), objev, který by mohl vyřešit přetrvávající záhadu chemického složení masivních planetárních těles, včetně Jupiteru a Saturnu v naší vlastní sluneční soustavě.
Hnědí trpaslíci jsou často označováni jako „neúspěšné hvězdy“, protože ačkoli se tvoří z kolabujících oblaků plynu a prachu jako hvězdy, nikdy nenasbírají dostatečnou hmotu k zažehnutí udržitelné jaderné fúze vodíku ve svých jádrech. Tyto záhadné objekty se obvykle pohybují v rozmezí 13 až 80 násobku hmotnosti Jupiteru, nebo 0,013 až 0,08 násobku hmotnosti Slunce. Mezi nimi „The Accident“, nacházející se 50 světelných let od Země a odhadovaný na stáří mezi 10 a 12 miliardami let, představuje obzvláště zajímavý případ. Jeho vlastnosti jsou matoucí směsicí rysů typicky spojovaných jak s mladými, tak se starými hnědými trpaslíky, což činí jeho náhodný objev v roce 2020 misí NEOWISE NASA významnou událostí.
Po léta vědce mátla absence silanu v atmosférách plynných obrů, jako jsou Jupiter a Saturn, stejně jako v jiných extrasolárních plynných planetách a hnědých trpaslících. Zatímco se předpokládá, že křemík je v těchto tělesech přítomen, převládající hypotéza naznačovala, že se primárně váže s kyslíkem za vzniku oxidů, jako je křemen. Předpokládá se, že tyto těžší sloučeniny klesají hluboko do atmosfér chladnějších plynných obrů, usazují se pod vrstvami vodní páry a amoniaku, čímž unikají detekci kosmickými loděmi. Toto vysvětlení však stále ponechávalo otevřenou otázku, proč lehčí molekuly křemíku, jako je silan, nebyly pozorovány v jejich horních atmosférických vrstvách.
Cílená studie „The Accident“ provedená JWST přinesla průlom: definitivní identifikaci silanu. To znamená poprvé, co byla tato specifická molekula detekována v takovém objektu. Tým předpokládá, že silan se v těchto atmosférách skutečně tvoří, ale typicky se kyslík rychle spojuje s křemíkem, takže nezůstává žádný volný křemík, který by se mohl vázat s vodíkem. Výjimečná přítomnost silanu v „The Accident“ je teoreticky odvozena z jeho doby vzniku před více než 10 miliardami lety, v období, kdy raný vesmír měl výrazně nižší koncentrace kyslíku. Tento nedostatek by umožnil křemíku snadněji se vázat s vodíkem a tvořit silan.
„Někdy jsou to extrémní objekty, které nám pomáhají pochopit, co se děje u těch průměrných,“ uvedla Jacqueline Faherty, výzkumnice z Amerického muzea přírodní historie v New Yorku a vedoucí týmu. Peter Eisenhardt, projektový vědec NEOWISE a člen studijního týmu, dodal: „Chtěli jsme zjistit, proč je tento hnědý trpaslík tak zvláštní, ale silan jsme nečekali. Vesmír nás nepřestává překvapovat.“
Tento výzkum podtrhuje značnou hodnotu hnědých trpaslíků jako kosmických laboratoří. Putujíce galaxií v izolaci, slouží jako dostupné náhrady pro exoplanety plynných obrů, jejichž atmosférické složení je často zastíněno zářením jejich hostitelských hvězd. Pečlivou analýzou atmosférické chemie těchto „neúspěšných hvězd“ mohou vědci zpřesnit modely podmínek obyvatelnosti exoplanet, i když samotní hnědí trpaslíci nemohou podporovat život. Tento analytický přístup pokládá zásadní základ pro budoucí výzkumy potenciálně Zemi podobných kamenných planet.
„Studováním veškeré této rozmanitosti a složitosti v planetárních atmosférách připravujeme vědce, kteří jednoho dne budou muset provádět tento druh chemické analýzy pro kamenné, potenciálně Zemi podobné planety,“ vysvětlila Faherty. Zjištění týmu byla zveřejněna 4. září v časopise Nature.