韋伯檢測到極冷棕矮星有極光特徵

天文學家用韋伯太空望遠鏡探測一顆棕矮星，名為 W1935，距離我們 47 光年，發出甲烷紅外線輻射，可能是高層大氣能量形成，產生這種輻射的高層大氣加熱與極光有關。

▲ 藝術家對棕矮星W1935的想像圖。（Source：STScI）

地球極光是太陽吹向太空的高能粒子被地球磁場捕獲後產生，沿著地球兩極附近磁場線進入大氣層與氣體分子碰撞，產生絢麗舞動光幕。木星和土星也有類似極光，除了與太陽風相互作用，也會從附近活躍衛星如木衛一（Io）和土衛二（Enceladus）獲得。

對W1935這類孤單棕矮星來說，缺乏恆星風促進極光出現，且高層大氣甲烷排放額外能量是個謎。團隊用韋伯觀測12顆冷棕矮星樣本，包括W1935（參與Backyard Worlds Zooniverse計畫的公民科學家Dan Caselden發現天體）和W2220（NASA廣域紅外線巡天探測衛星發現天體）。

韋伯發現W1935和W2220成分幾乎相同，還有相似亮度、溫度及水、氨、一氧化碳和二氧化碳光譜特徵。韋伯靈敏獨特的紅外線波長下觀察到明顯例外是W1935出現甲烷發射，W2220卻沒有預期的吸收特徵。研究員表示預測會看到甲烷，因為甲烷遍布這些棕矮星，結果卻相反，甲烷並沒有吸收光，而是發光。這到底是怎麼回事？為什麼這天體會釋放甲烷？

天文學家用電腦模型推斷發射原因，模擬顯示W2220整個大氣層能量分布符合預期，隨高度增加變冷。W1935卻出乎意料之外，最佳模型支持逆溫，即大氣隨著海拔增加變暖。研究員表示逆溫現象確實令人費解，曾於附近有恆星的行星看過這種現象，恆星加熱平流層，但在沒有明顯外部熱源的天體看到這種現象可算瘋狂。

為了尋找線索，研究員目光投向太陽系行星，氣態巨行星可當成47光年外W1935大氣層情況的代表。科學家意識到逆溫現象在木星和土星等行星非常突出，仍努力了解平流層加熱的原因，但太陽系主要理論涉及極光外部加熱和大氣層深處能量傳輸（前者是主要解釋）。團隊稱W1935是太陽系外第一個有甲烷發射特徵的極光候選者，也是太陽系外最冷極光候選者，有效溫度約200°C。

太陽系的太陽風是極光主要貢獻者，木衛一和土衛二等活躍衛星分別在木星和土星等行星發揮作用。W1935完全缺乏伴星，因此恆星風無法促成此現象，至於活躍衛星是否會在W1935甲烷排放發揮作用，還不得而知。研究員表示透過W1935，現在有個太陽系現象的壯觀延伸，卻沒有任何恆星輻射幫忙釋疑。有了韋伯我們能真正揭開化學反應的神祕面紗，並了解太陽系以外的極光產生有多麼相似或不同處。成果是於第243屆American Astronomical Society會議時發表。

（本文由 台北天文館 授權轉載；首圖為示意圖，來源：Pixabay）