韦伯望远镜揭示冷褐矮星上奇特的甲烷活动

詹姆斯-韦伯太空望远镜的数据确定了太阳系附近孤立世界上可能存在的极光。利用詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的最新观测结果，天文学家在一颗褐矮星上发现了甲烷发射，对于这样一个寒冷而与世隔绝的世界来说，这是一个意想不到的发现。这些发现发表在《自然》（Nature）杂志上，表明这颗褐矮星可能会产生类似于在我们地球以及木星和土星上看到的极光。

这幅艺术家的概念图描绘了距离地球 47 光年的褐矮星 W1935。天文学家利用美国宇航局的詹姆斯-韦伯太空望远镜发现了来自 W1935 的甲烷红外辐射。这是一个意想不到的发现，因为这颗褐矮星非常寒冷，而且缺少一颗主恒星；因此，没有明显的能量来源来加热它的上层大气，使甲烷发光。研究小组推测，甲烷的发射可能是由于产生极光的过程造成的，这里的极光显示为红色。资料来源：NASA、ESA、CSA、Leah Hustak（STScI）

褐矮星的质量比行星大，但比恒星轻，在我们的太阳系附近无处不在，已发现的褐矮星有数千颗。去年，美国自然历史博物馆的高级研究科学家兼高级教育经理杰基-法赫蒂（Jackie Faherty）带领一个研究小组，获得了在 JWST 上研究 12 颗褐矮星的时间。

其中包括CWISEP J193518.59-154620.3（简称W1935） - 47光年外的一颗冷褐矮星，它是由《后院世界：行星9号》公民科学志愿者丹-卡塞尔登（Dan Caselden）和美国宇航局CatWISE团队共同发现的。

W1935是一颗寒冷的褐矮星，表面温度约为华氏400度，也就是烘烤巧克力饼干的温度。W1935的质量还不是很清楚，但很可能是木星质量的6-35倍。

在观察了用 JWST 观测到的一些褐矮星后，Faherty 的研究小组注意到 W1935 看起来很相似，但有一个惊人的例外：它正在释放甲烷，这是以前从未在褐矮星上看到过的。

这项研究的第一作者法赫蒂说："巨行星和褐矮星中会有甲烷气体，但我们通常看到的是甲烷气体吸收光线，而不是发光。我们一开始对自己看到的东西感到困惑，但最终这种困惑转化成了对这一发现的兴奋。"

计算机建模还发现了另一个惊喜：这颗褐矮星很可能存在温度倒置现象。绕恒星运行的行星很容易出现温度倒置现象，但W1935是孤立的，没有明显的外部热源。

赫特福德大学的合著者本-伯宁厄姆（Ben Burningham）说："当模型明确预测出温度反转时，我们感到非常惊喜。但我们还必须搞清楚，大气上层额外的热量来自哪里。"

为了进行研究，研究人员将目光转向了太阳系。特别是，他们研究了木星和土星，这两颗行星都有甲烷排放和温度倒置现象。太阳系巨行星上出现这种特征的可能原因是极光，因此，研究小组推测他们在 W1935 上也发现了同样的现象。

行星科学家知道，木星和土星极光的主要驱动力之一是来自太阳的高能粒子，它们与行星的磁场和大气相互作用，加热了上层。这也是我们在地球上看到极光的原因，通常被称为北极光或南极光，因为它们在两极附近最为特别。但是，由于 W1935 没有主星，太阳风无法解释其原因。

太阳系中的极光还有一个原因。木星和土星都有活跃的卫星，它们偶尔会向太空喷射物质，与行星相互作用，并增强这些世界的极光足迹。木星的卫星木卫一是太阳系中火山最活跃的世界，它喷出的熔岩喷泉高达几十英里，土星的卫星土卫二从喷泉中喷出的水蒸气在进入太空时同时冻结和沸腾。虽然还需要更多的观测，但研究人员推测，W1935 上极光的一种解释可能是一颗活跃的、尚未被发现的卫星。

"每当天文学家将 JWST 对准一个天体时，就有可能有令人震撼的新发现，"法赫蒂说。"在我们开始这个项目时，甲烷发射并不在我的关注范围内，但现在我们知道它可能存在，而且对它的解释如此诱人，我就一直在寻找它。这就是科学向前发展的一部分。"

编译自/scitechdaily.