Телескоп Джеймс Вебб отримав одне з найбільших зображень, які коли-небудь публікувала команда місії — панораму зоряного розсадника IC 348 у сузір’ї Персея, на відстані 1000 світлових років від Землі. Але головна цінність цього спостереження не в масштабі картини, а в тому, що на ній вдалося розгледіти: коричневих карликів масою лише у два рази більшою за Юпітер — найлегших з відомих на сьогодні.

IC 348 — активна область зореутворення. Тут холодні хмари молекулярного водню стискаються під власною гравітацією, народжуючи зорі найрізноманітніших розмірів: від масивних, які проживають лише кілька мільйонів років і завершують життя надновими, до найдрібніших і найдовгоживучих зір, здатних на потужні спалахи активності.

Що таке коричневий карлик

Найменші зорі мають масу приблизно 8% сонячної. Нижче цього порогу лежить окремий клас об’єктів — коричневі карлики. Вони утворюються так само, як зорі, через колапс молекулярної хмари, але їхні ядра ніколи не розігріваються достатньо для термоядерного синтезу водню в гелій. Багато з них на ранніх етапах життя короткочасно «спалюють» дейтерій (важкий водень), але це не робить їх зорями у повному сенсі.

Питання, яке цікавило дослідників: якою може бути мінімальна маса об’єкта, народженого процесом зореутворення? Іншими словами — де межа між коричневим карликом і чимось меншим, ближчим за масою до планети?

Що показали нові спостереження

Та сама дослідницька команда вперше зазирнула в IC 348 за допомогою Вебба ще у 2022 році й тоді знайшла коричневих карликів масою від 3 до 4 мас Юпітера. Це вже було рекордно мало. Але команда продовжила пошук ще менших об’єктів.

У 2024 році вчені використали камеру NIRCam, щоб зафіксувати тепле світіння молодих коричневих карликів і новонароджених зір саме те, що і сформувало нове зображення IC 348. Кандидатів у коричневі карлики відбирали за кольором і яскравістю, а вже у 2025 році підтвердили спектрографом NIRSpec — інструментом, розробленим Європейським космічним агентством, який дозволяє точно оцінити масу об’єкта за його спектром.

Результат перевершив очікування: у скупченні знайшлися коричневі карлики масою лише двох Юпітерів, або 0,19% маси Сонця. Це найлегші коричневі карлики, відомі науці на сьогодні, і їхнє існування ставить під питання наявні моделі зореутворення — незрозуміло, як процес колапсу газової хмари може створювати об’єкти такої малої маси.

Диски навколо карликів і слід вуглеводнів

Спостереження принесли ще два несподівані результати. Навколо одного з найлегших новознайдених коричневих карликів помітили ознаки протопланетного диска — тобто навколо об’єкта, який сам за масою наближається до планети, теоретично можуть формуватися власні планети.

Другий результат стосується хімії атмосфер. У спектрах коричневих карликів IC 348 дослідники знайшли особливість, яку пояснюють присутністю вуглеводнів — молекул, що складаються лише з атомів водню і вуглецю. Цю рису раніше бачили тільки в атмосферах найлегших з відомих коричневих карликів, що дає підстави припускати: можливо, ці екстремальні об’єкти утворюють окремий спектральний клас.

Протозорі та реактивні викиди у кутку кадру

Крім карликів, у верхньому правому куті зображення видно скупчення протозір — об’єктів на ще ранішій стадії формування. Кілька з них супроводжуються об’єктами Гербіга-Аро — світними ділянками, що утворюються, коли реактивні викиди від зростаючої молодої зорі стикаються з навколишнім газом і пилом.

Довгий вузький об’єкт, орієнтований горизонтально в цьому куті кадру, — це HH 797, який уже показували раніше як окреме знімок місяця Вебба. При детальному розгляді виявляється, що це насправді дві протозорі з майже паралельними викидами. Праворуч від HH 797 розташоване джерело HH 211 у формі гвинта, з вузькими струменями та ширшими викидами — його теж уже демонстрували раніше окремим релізом.

Чому це важливо

Знахідка карликів масою лише двох Юпітерів опускає нижню межу відомих продуктів зореутворення в новий діапазон мас. Якщо такі легкі об’єкти справді утворюються тим самим шляхом, що й зорі — через колапс молекулярної хмари — це вимагає перевірки і, можливо, уточнення теоретичних моделей того, наскільки малим може бути результат такого процесу. Виявлений спектральний слід вуглеводнів і диск навколо одного з наймасивніших карликів додають додаткові запитання про природу цих об’єктів, розташованих на межі між зорями і планетами.

Дані для цього дослідження отримані в рамках програми спостережень Вебба № 4866 (наукові керівники — К. Люман і К. Алвіш де Олівейра). Мета програми — вивчити найлегші об’єкти, створені процесом зореутворення, зрозуміти, як популяції об’єктів планетної маси, подібних до коричневих карликів, відрізняються між різними областями зореутворення, і дослідити походження особливості вуглеводнів у спектрах найлегших коричневих карликів.