天文学家发现寒冷棕矮星上的甲烷排放

新的詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）观测数据显示，在一个棕矮星上发现了甲烷排放，这对于一个如此寒冷和孤立的天体来说是一个意外的发现。这一发现发表在《自然》杂志上，研究结果表明这个棕矮星可能会产生类似于地球以及木星和土星上看到的极光。

棕矮星比行星更大但比恒星轻，它们在我们的太阳附近是普遍存在的，已经有数千颗被确认。去年，美国自然历史博物馆的高级研究科学家和高级教育经理杰基·法赫蒂率领一个研究团队赢得了JWST的观测时间，用于调查12颗棕矮星。其中之一就是CWISEP J193518.59-154620.3（简称W1935），这是一颗距离地球47光年的寒冷棕矮星，曾由“后院世界：第九行星”公民科学志愿者丹·卡塞尔登和NASA CatWISE团队共同发现。W1935是一颗表面温度约为400华氏度的寒冷棕矮星，其质量尚不确定，但可能在6至35倍木星质量之间。

在使用JWST观测了多颗棕矮星之后，法赫蒂的团队发现W1935看起来与其他棕矮星相似，但有一个引人注目的例外：它正在排放甲烷，这在棕矮星上从未见过。

研究的主要作者法赫蒂表示：“预计巨大行星和棕矮星中会有甲烷气体，但通常我们看到的是其吸收光线，而不是辐射光。”“一开始我们对所看到的情况感到困惑，但最终我们对这一发现感到非常兴奋。”

计算机模拟得出了另一个惊喜：这颗棕矮星可能存在温度反转现象，即大气层随着海拔增加而变暖的现象。温度反转很容易发生在围绕恒星运转的行星上，但W1935是孤立的，没有明显的外部热源。

合著者、来自赫特福德郡大学的本·伯宁汉姆表示：“当模型清楚地预测出存在温度反转时，我们感到惊喜，但我们还必须弄清楚这种额外的高层大气热量是从哪里来的。”

研究人员将目光投向了我们的太阳系，特别是研究了木星和土星的情况，它们都显示出甲烷排放并且存在温度反转。太阳系巨行星上这一特征的可能原因是极光，因此研究小组推测他们在W1935上发现了同样的现象。

行星科学家知道，木星和土星上极光的主要驱动因素之一是来自太阳的高能粒子与行星的磁场和大气层相互作用，加热了上层大气。这也是我们在地球上看到的极光的原因，通常被称为极光，因为它们在极地地区最为壮观。但是W1935没有母恒星，所以太阳风不能成为解释的原因。

我们的太阳系中还有一个诱人的额外原因可以解释极光。木星和土星都有活跃的卫星，偶尔会向太空中喷发物质，与行星相互作用，并增强了这些世界上的极光。木星的卫星伊俄是太阳系中火山活动最活跃的世界，喷发的岩浆喷射高达数十英里，而土星的卫星土卫二则从其间歇泉中喷发水蒸气，当其进入太空时同时结冰和沸腾。虽然需要进行更多的观测，但研究人员推测W1935上极光的一个解释可能是一个活跃的、尚未被发现的卫星。

法赫蒂表示：“每当一个天文学家把JWST对准一个天体时，都有可能发现令人惊叹的新发现。”“当我们开始这个项目时，我并没有考虑到甲烷排放，但现在我们知道它可能存在，对它的解释如此诱人，我不断地关注着它。这就是科学向前发展的一部分。”

该研究的其他作者包括来自蒙特利尔大学系外行星研究所和蒙特利尔大学的乔纳森·加格内、美国自然历史博物馆的赫拉罗·苏亚雷斯、丹·卡塞尔登、奥斯汀·罗瑟米奇和奈尔·怀特福德、都柏林三一学院的乔安娜·沃斯、纽约市立大学的谢雷琳·亚历杭德罗·默钦、德克萨斯大学的卡洛琳·莫里、德克萨斯大学奥斯汀分校的梅兰妮·罗兰和布里安娜·莱西、加州理工学院的罗西奥·基曼、查尔斯·贝希曼、费德里科·马洛科和克里斯托弗·格里诺、IPAC的戴维·柯克帕特里克、NOIRLab的亚伦·梅斯纳、美国海军天文台的亚当·施耐德、NASA的马克·库克纳和埃赫桑·加里布-内扎德、阿默斯特学院的丹尼拉·巴达莱斯·加利乌菲、喷气推进实验室的彼得·爱森哈特、旧金山州立大学的艾琳·冈萨雷斯。

该研究得到了NASA和空间望远镜科学研究所的部分支持。