Подвійний об'єкт юпітеріанської маси

Подвійні об'єкти юпітеріанської маси або JuMBO (від англ. Jupiter-mass binary objects) — гіпотетичний клас астрономічних об'єктів, які визначаються як об'єкти планетарної маси, що обертаються навколо спільного центру мас. Повторний аналіз ранніх неопублікованих заяв про їхнє відкриття, зроблених на основі спостережень скупчення туманності Оріона за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, виявив фонові джерела або коричневі карлики, але не об'єкти JuMBO^[1].

Про JuMBO повідомили наприкінці 2022 року на основі даних огляду туманності Оріона, здійсненого космічним телескопом Джеймса Вебба. Використовуючи камеру ближнього інфрачервоного діапазону NIRCam телескопа Джеймса Вебба, астрономи Семюел Пірсон і Марк Маккоріен спостерігали ділянку внутрішньої туманності та скупчення Трапеція розміром 1,2 × 0,8 парсека протягом приблизно 35 годин. В огляді використовували дванадцять різних інфрачервоних фільтрів, спеціально підібраних для виявлення ознак молекулярного поглинання, характерних для об'єктів із дуже малою масою^[2].

Ці об'єкти планетарної маси виявили завдяки пошуку характерних спектральних ліній поглинання води та метану в їхніх атмосферах. Ці молекулярні ознаки проявляються як падіння яскравості на певних довжинах хвиль, що дозволяє дослідникам відрізняти справжні об'єкти планетарної маси від фонових зір, які можуть здаватися такими ж тьмяними через поглинання пилом. Цей метод мав бути особливо ефективним для пошуку об'єктів із температурами від 890 до 2520 кельвінів^[2].

За твердженням авторів, огляд виявив 540 об'єктів планетарної маси, серед яких 40 подвійних систем і 2 потрійні. Кожен компонент має масу від 0,7 до 13 мас Юпітера (M_J), що відносить їх до категорії об'єктів планетарної маси. Для подвійних об'єктів відстані між компонентами оцінювалися від 28 до 384 астрономічних одиниць. Це відкриття було несподіваним, оскільки частка об'єктів, що утворюють подвійні, зазвичай зменшується зі зменшенням маси серед популяцій зір і коричневих карликів. Виявлена дослідниками висока частка подвійних систем (близько 9 %) серед цих об'єктів планетарної маси суперечила цій усталеній тенденції, вказуючи на можливий новий механізм їхнього формування^[2] або неправильну інтерпретацію результатів.

Радіоджерела, що відповідають об'єкту JuMBO 24, який складається з двох компонентів по 11,5 маси Юпітера, розділених відстанню 28 астрономічних одиниць, виявили в архівах спостережень Дуже великого масиву за підсумками трьох спостережень у 2012, 2018 та 2022 роках^[3]. Проте згодом з'ясувалося, що JuMBO 24 є фоновою зорею спектрального класу M5.5 із масою від 0,1 до 0,15 M_☉^[4].

Дослідники виявили стабільне радіовипромінювання на частотах 6,1 та 10,0 ГГц із постійною інтенсивністю близько 50 мікроянських як на коротких, так і на довгих часових інтервалах. Просторова протяжність радіовипромінювання збігається з інфрачервоними спостереженнями телескопа Джеймса Вебба, що вказує на те, що обидва компоненти подвійної системи випромінюють радіохвилі. Об'єкт демонструє мінімальний власний рух, що свідчить про те, що він не рухається швидко відносно скупчення Оріона. Хоча точний механізм виникнення радіовипромінювання залишається неясним, його стабільний характер вказує на випромінювання електронів у радіаційних поясах навколо об'єктів — подібно до того, що відбувається в надхолодних карликових зорях, але з набагато вищою інтенсивністю, ніж очікувалося. Команда не змогла виявити жодної кругової поляризації в радіохвилях, а пошуки випромінювання від інших об'єктів JuMBO у скупченні виявилися безуспішними^[3].

Астроном Кевін Луман повторно проаналізував дані NIRCam і виявив, що більшість об'єктів JuMBO не потрапили до його вибірки субзоряних об'єктів. Крім того, їхній колір узгоджувався з почервонілими фоновими джерелами або джерелами з низьким співвідношенням сигнал/шум. Він вважає лише JuMBO 29 надійним кандидатом у подвійну систему планетарної маси. Попередні дослідження показали, що JuMBO 24 має спектральний клас M5.5. Хоча цей об'єкт і тьмяний, він може бути фоновою зорею або членом скупчення, який спостерігається в розсіяному світлі. Крім того, існують 26 компонентів пар JuMBO, які є надто тьмяними для проведення корисної фотометрії^[4]. Інша робота Лумана використовувала спектроскопію інструмента NIRSpec і показала, що для 7 об'єктів JuMBO (номери 3, 5, 6, 10, 11, 14, 18) принаймні один компонент є фоновим джерелом. Це підтверджує попередній результат про те, що більшість JuMBO не є подвійними об'єктами планетарної маси^[1].

Інше теоретичне дослідження показало, що більшість об'єктів JuMBO не вижили б під час динамічних взаємодій у щільному середовищі зореутворення, тому або їх утворилося значно більше на ранніх етапах, або їхня класифікація як гравітаційно пов'язаних подвійних об'єктів є помилковою^[5].

Відкриття 42 систем JuMBO серед 540 вільних об'єктів юпітеріанської маси стало несподіванкою, оскільки їхня частка подвійних систем на рівні 9 % перевищує аналогічний показник для трохи масивніших коричневих карликів. Їхні великі відстані між компонентами також помітно відрізняються від типових подвійних коричневих карликів, які мають набагато тісніші орбіти — близько 4 астрономічних одиниць^[6].

Сучасні теорії формування припускають, що JuMBO можуть утворюватися, коли випромінювання від масивних зір руйнує фрагментовані дозоряні ядра за допомогою процесу, який називається фотоерозією. За цим сценарієм, випромінювання лайманівського континууму від масивних зір спрямовує іонізаційний ударний фронт у дозоряне ядро, яке вже почало фрагментуватися на подвійну систему. Цей процес одночасно стискає внутрішні шари та випаровує зовнішні, у результаті чого утворюється подвійна система з дуже малою масою. Процес видається найефективнішим у межах зон H II, створених масивними зорями, хоча багато спостережуваних JuMBO лежать за межами цих зон у скупченні туманності Оріона. Такий розподіл свідчить про те, що з часом об'єкти могли мігрувати зі своїх місць формування внаслідок динамічних взаємодій^[6].

Велике дослідження доводить, що JuMBO сформувалися на місці (in situ), подібно до зір. За допомогою моделювань задачі N тіл для різних сценаріїв формування дослідження виявило, що JuMBO найімовірніше формуються безпосередньо поряд із зорями у скупченні, а не через викидання з планетних систем чи події захоплення. Інші запропоновані механізми — викидання пар планет від зір, викидання систем «планета-супутник» або захоплення планет-сиріт — не змогли створити достатньої кількості подвійних систем або ж вимагали нереалістичних початкових умов^[7].

Найуспішніша модель показує, що JuMBO найкраще формуються приблизно через 0,2 мільйона років після зір, коли середовище скупчення частково стабілізується. Такий час дозволяє достатній кількості JuMBO вижити, щоб відповідати спостережуваній частці подвійних систем у 8 %. Ця модель також правильно передбачає спостережувані орбітальні відстані у 25–380 астрономічних одиниць і розподіли мас. Відсутність JuMBO у старіших зоряних скупченнях, таких як Верхній Скорпіон, пояснюється їхнім поступовим руйнуванням унаслідок гравітаційних взаємодій з часом, причому симуляції передбачають, що через 10 мільйонів років виживає лише близько 2 % початкових пар^[7].

Інше дослідження показує, що в симуляціях JuMBO «могли виникнути в результаті викидання двох планет-гігантів після тісного зближення із зорею, що проходила повз них, якщо дві планети були майже на одній лінії під час максимального зближення»^[8]. Однак ця робота була поставлена під сумнів. Згідно з комп'ютерним моделюванням Зварта та Гошара (2025), модель екстрапольовано на JuMBO некоректно, і тому об'єкти, помічені телескопом Джеймса Вебба, потребують іншої теорії^[9].

У статті «The New York Times» об'єкти JuMBO назвали «Неможливими загадками, що приходять парами». Астроном Семюел Пірсон із ЄКА прокоментував, що такі об'єкти «не повинні існувати», оскільки вони ставлять під сумнів сучасні теорії формування планет і зір^[10].