Телескоп «Джеймс Уэбб» впервые разглядел погоду на самом холодном коричневом карлике
Международная команда астрономов впервые построила погодную карту для самого холодного из известных коричневых карликов — объекта WISE J085510.83–071442.5, или просто WISE 0855. Его температура опускается до 265 K, что делает его холоднее любой планеты Солнечной системы и ставит на грань между несостоявшимися звёздами и планетами-гигантами. Новые данные, полученные спектрографом NIRSpec космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), показали: несмотря на ледяной холод, атмосфера объекта живёт сложной, турбулентной жизнью с облаками из воды и шквалами угарного газа.
На протяжении 11 часов телескоп непрерывно снимал спектры WISE 0855 с 15-минутным интервалом. Это первый случай, когда спектроскопия коричневого карлика с разрешением по времени была выполнена в среднем инфракрасном диапазоне и с таким уровнем детализации. Предыдущие наблюдения опирались на широкополосную фотометрию, которая смешивала излучение разных молекул в одну точку и не позволяла понять, что именно меняется в атмосфере. «Джеймс Уэбб» разложил излучение на компоненты и показал, как пульсирует каждая молекула по отдельности.
Основную динамику проявил угарный газ (CO). Именно в его полосах поглощения зафиксированы самые сильные колебания яркости — до 10% от пика до пика. Почти так же активно, но в более узких диапазонах, ведёт себя фосфин (PH₃). Анализ методом главных компонент подтвердил: вариации этих двух газов сильно скоррелированы, это значит, что их поведение управляется одним и тем же механизмом глубоко в атмосфере. При этом метан (CH₄), аммиак (NH₃) и водяной пар в зонах своей максимальной непрозрачности, напротив, демонстрируют слабую переменность.
Чтобы представить динамику атмосферы коричневого карлика целиком, учёные привлекли два семейства самосогласованных атмосферных моделей — PICASO и coolTLUSTY, — включающих как неравновесную химию, так и эффекты конденсации водяных облаков. Оказалось, что ни одна модель не способна воспроизвести наблюдаемые изменения, если ограничиться только вариациями температуры или только изменением толщины облаков. Потребовались оба фактора одновременно. Верхние слои атмосферы WISE 0855, по всей видимости, покрыты водяными облаками, толщина и непрозрачность которых меняются по мере вращения. Это объясняет широкополосные модуляции в спектре. В то же время избыток CO и PH₃ указывает на процессы в гораздо более глубоких и горячих слоях, куда конвекция выносит газ, замороженный в неравновесном химическом состоянии.
То, что мощность вертикального перемешивания, оценённая по каждому элементу отдельно, не растёт с глубиной, стало неожиданностью. Для CO характерен коэффициент турбулентной диффузии порядка 10⁶ см²/с, тогда как для PH₃ он радикально меньше — около 10¹ см²/с. Это расхождение пока не находит объяснения в рамках стандартных моделей и, по мнению авторов, может указывать на необходимость учёта нетипичного химического цикла фосфора или влияния металличности, отличной от солнечной.
С точки зрения наблюдателя, WISE 0855 выглядит как объект с бурными ветрами в экваториальных и средних широтах. Характерные пространственные масштабы атмосферных неоднородностей и форма кривых блеска говорят в пользу джетов, а не гигантских стабильных вихрей вроде Большого красного пятна Юпитера. Точный период вращения объекта пока не установлен: в данных есть указания на значимые периоды в 5,4–5,6 часов, но сигнал нестабилен от эпохи к эпохе, что может указывать на сложную динамику с многокомпонентными ветрами.
Результат связывает то, что известно о погоде на газовых гигантах Юпитере и Сатурне, с процессами, которые вскоре предстоит искать в атмосферах экзопланет земного типа. Следующим шагом станут более длительные серии наблюдений, которые позволят окончательно разделить вклад вращения, зональной циркуляции и крупномасштабных волн в слоях атмосферы в климатическую картину.
© iXBT
