Атмосфера коричневого карлика интересует ученых из-за сходства этих планет с суперюпитерами, атмосферу которых сложно изучить детально, - пишет eurekalert.org The Astronomical Journal.
Юпитер может быть опасной планетой нашей солнечной системы, потому что это самая массивная планета, но на самом деле это коротышка по сравнению со многими планетами-гигантами, расположенными вокруг других звезд.
Эти инопланетные миры, называемые суперюпитерами, весят в 13 раз больше массы Юпитера. Астрономы проанализировали состав некоторых из этих монстров, но было трудно детально изучить их атмосферу, потому что эти газовые гиганты теряются в сиянии своих родительских звезд.
Однако у исследователей есть заменитель: атмосферы коричневых карликов, так называемых несостоявшихся звезд, масса которых до 80 раз превышает массу Юпитера. Эти массивные объекты образуются из коллапсирующего облака газа, как и звезды, но им не хватает массы, чтобы стать достаточно горячими и поддерживать ядерный синтез в их ядрах, который приводит в действие звезды.
Вместо этого коричневые карлики имеют родство с суперюпитерами. Оба типа объектов имеют одинаковую температуру и чрезвычайно массивны. У них также сложная, разнообразная атмосфера. Единственная разница, думают астрономы, - это их родословная. Суперюпитеры образуются вокруг звезд; коричневые карлики часто образуются изолированно.
Группа астрономов во главе с Еленой Манджавакас из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, испытала новый способ наблюдать сквозь облачные слои этих кочевых объектов. Исследователи использовали инструмент в обсерватории У. М. Кека на Маунакее на Гавайях, чтобы изучить в ближнем инфракрасном свете цвета и вариации яркости структуры слоистого облака в соседнем свободно плавающем коричневом карлике, известном как 2MASS J22081363 + 2921215.
Инструмент обсерватории Кека, называемый многообъектным спектрографом для инфракрасных исследований (MOSFIRE), также проанализировал спектральные отпечатки различных химических элементов, содержащихся в облаках, и то, как они меняются со временем. Астрономы впервые использовали MOSFIRE в исследованиях такого типа.
Эти измерения предложили Манджавакас целостное представление об атмосферных облаках коричневого карлика, предоставив больше деталей, чем предыдущие наблюдения этого объекта. Эта методика, впервые примененная в ходе наблюдений Хаббла, сложна для наземных телескопов из-за загрязнения земной атмосферой, которая поглощает волны определенных длин инфракрасного излучения. Скорость поглощения изменяется в зависимости от погоды.
«Единственный способ сделать это с Земли - использовать инструмент Кека MOSFIRE с высоким разрешением, потому что он позволяет нам наблюдать несколько звезд одновременно с нашим коричневым карликом, - сказала Манджавакас, бывший штатный астроном обсерватории Кека и ведущий автор исследования. - Это позволяет нам скорректировать загрязнение, вносимое атмосферой Земли, и измерить истинный сигнал от коричневого карлика с хорошей точностью. Таким образом, эти наблюдения являются доказательством того, что MOSFIRE может проводить подобные исследования атмосферы коричневого карлика».
Она решила изучить именно этого коричневого карлика, потому что он очень молодой и поэтому очень яркий. Его масса и температура аналогичны таковым у соседней гигантской экзопланеты Beta Pictoris b, обнаруженной в 2008 году на изображениях в ближнем инфракрасном диапазоне, сделанных Очень Большим телескопом Европейской южной обсерватории на севере Чили.
«При наличии современных технологий у нас пока нет возможности детально проанализировать атмосферу Beta Pictoris b, - сказал Манджавакас. - Итак, мы используем наше исследование атмосферы этого коричневого карлика в качестве прокси, чтобы получить представление о том, как могут выглядеть облака экзопланеты на разной высоте в ее атмосфере».
И коричневый карлик, и Beta Pictoris b молоды, поэтому они сильно излучают тепло в ближнем инфракрасном диапазоне. Они оба являются членами группы звезд и субзвездных объектов, называемой движущейся группой Beta Pictoris, которая имеет одно и то же происхождение и общее движение в пространстве. Группа, возраст которой составляет около 33 миллионов лет, является ближайшей к Земле группировкой молодых звезд. Он находится примерно в 115 световых годах от нас.
Хотя они холоднее настоящих звезд, коричневые карлики по-прежнему очень горячие. Коричневый карлик в исследовании Манджавакаса имеет шипящие 2780 градусов по Фаренгейту (1527 градусов по Цельсию).
Гигантский объект примерно в 12 раз тяжелее Юпитера. Будучи молодым телом, он вращается невероятно быстро, совершая один оборот каждые 3,5 часа, по сравнению с 10-часовым периодом вращения Юпитера. Итак, облака кружатся по планете, создавая динамичную турбулентную атмосферу.
Прибор MOSFIRE обсерватории Кека наблюдал за коричневым карликом в течение 2,5 часов, фиксируя, как свет, проникающий через атмосферу из горячих внутренних помещений карлика, со временем становится ярче и тускнеет. Яркие пятна, появившиеся на вращающемся объекте, указывают на области, где исследователи могут видеть глубже атмосферы, где она более горячая. Инфракрасные волны позволяют астрономам глубже заглядывать в атмосферу. Наблюдения показывают, что у коричневого карлика пестрая атмосфера с рассеянными облаками. Если смотреть на нее крупным планом, планета может напоминать вырезанную тыкву на Хеллоуин, со светом, исходящим из жарких недр.
В его спектре видны облака из горячих песчинок и других экзотических элементов. Иодид калия отслеживает верхние слои атмосферы объекта, в том числе облака силиката магния. В атмосфере движется слой облаков из йодида натрия и силиката магния. Последний слой состоит из облаков оксида алюминия. Общая глубина атмосферы составляет 446 миль (718 километров). Обнаруженные элементы представляют собой типичную часть состава атмосфер коричневых карликов, - говорит Манджавакас.
План Манджавакас состоит в том, чтобы использовать MOSFIRE обсерватории Кека для изучения других атмосфер коричневых карликов и сравнения их с атмосферами газовых гигантов. Будущие телескопы, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, запуск которого запланирован на конец этого года, предоставят еще больше информации об атмосфере коричневого карлика.
«JWST даст нам структуру всей атмосферы, обеспечив больший охват, чем любой другой телескоп», - сказала Манджавакас. Она надеется, что MOSFIRE можно будет использовать в тандеме с JWST для получения образцов широкого спектра коричневых карликов и лучшего понимания коричневых карликов и планет-гигантов.
«Экзопланеты гораздо более разнообразны, чем то, что мы видим в Солнечной системе, - сказал главный научный сотрудник обсерватории Кека Джон О’Мира. - Такая работа и будущая работа с Кеком и JWST дадут нам более полную картину разнообразия планет, вращающихся вокруг других звезд».
Фото: rawpixel / 123RF
