Сложная атмосфера бесзвездного супер-Юпитера раскрыта телескопом Webb
Международная команда исследователей обнаружила, что ранее наблюдаемые вариации яркости свободно летящего объекта планетарной массы SIMP 0136 должны быть результатом сложной комбинации атмосферных факторов и не могут быть объяснены только облаками.
Используя космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» для мониторинга широкого спектра инфракрасного излучения от SIMP 0136 в течение двух полных периодов вращения, команда смогла обнаружить вариации в облачных слоях, температуре и химии углерода, которые ранее были скрыты.
Результаты дают ключевое представление о трехмерной сложности атмосфер газовых гигантов в нашей Солнечной системе и за ее пределами. Подробная характеристика таких объектов — важная подготовка к прямой визуализации экзопланет с помощью космического телескопа NASA «Нэнси Грейс Роман», запуск которого запланирован на 2027 год.
Быстро вращающийся и свободно летящий
SIMP 0136 — это быстро вращающийся, свободно летящий объект массой примерно в 13 раз больше массы Юпитера, расположенный в Млечном Пути всего в 20 световых годах от Земли. Хотя он не классифицируется как газовый гигант-экзопланета (он не вращается вокруг звезды и может быть коричневым карликом), SIMP 0136 — идеальная цель для экзометеорологии: это самый яркий объект такого рода в северном небе. Поскольку он изолирован, его можно наблюдать без помех от света звезды-хозяина. Его короткий период вращения всего 2,4 часа позволяет проводить наблюдения очень эффективно.
До наблюдений «Уэбба» SIMP 0136 уже подробно изучался с помощью наземных обсерваторий и космических телескопов NASA «Хаббл» и «Спитцер».
Составление тысяч инфракрасных радуг
С помощью NIRSpec (Ближне-инфракрасный спектрограф) «Уэбб» зафиксировал тысячи отдельных спектров в диапазоне 0,6–5,3 микрона — по одному каждые 1,8 секунды в течение более трех часов, пока объект совершал один полный оборот. Затем сразу последовало наблюдение с помощью MIRI (Средне-инфракрасный прибор), который собрал сотни спектроскопических измерений света в диапазоне 5–14 микрон — по одному каждые 19,2 секунды, в течение еще одного оборота.
Результатом стали сотни детальных кривых блеска, каждая из которых показывает изменение яркости на очень точной длине волны (цвете) по мере того, как в поле зрения поворачиваются разные стороны объекта.
Команда почти сразу заметила несколько различных форм кривых блеска. В любой момент времени одни длины волн становились ярче, другие — тусклее или почти не менялись. На вариации яркости должно влиять множество различных факторов.
Пятнистые облака, горячие точки и химия углерода
Чтобы выяснить, что может вызывать изменчивость SIMP 0136, команда использовала атмосферные модели, чтобы показать, в каком слое атмосферы зарождается каждая длина волны света.
Одна группа длин волн, например, зарождается глубоко в атмосфере, где могут быть пятнистые облака из частиц железа. Вторая группа исходит от более высоких облаков, которые, как считается, состоят из крошечных зерен силикатных минералов. Вариации в обеих этих кривых блеска связаны с пятнистостью облачных слоев.
Третья группа длин волн зарождается на очень большой высоте, далеко над облаками, и, по-видимому, отслеживает температуру. Яркие «горячие точки» могут быть связаны с полярными сияниями, ранее обнаруженными на радиоволнах, или с подъемом горячего газа из более глубоких слоев атмосферы.
Некоторые кривые блеска нельзя объяснить ни облаками, ни температурой — они показывают вариации, связанные с химией углерода в атмосфере. Это могут быть карманы с монооксидом и диоксидом углерода, вращающиеся в поле зрения и выходящие из него, или химические реакции, вызывающие изменение атмосферы со временем.