С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) астрономы 11 часов наблюдали за WISE 0855 — самым холодным из известных коричневых карликов, — собирая спектр его света каждые 15 минут. Результаты приняты к публикации в The Astrophysical Journal.
И они небезынтересные. Оказалось, эта планета размером с Юпитер всего в 7,5 светового года от нас окружена атмосферой, в которой плывут облака, удивительно похожие на земные — они состоят из водяного пара и постоянно меняют толщину.
«Впервые мы смогли подтвердить, что водяные облака становятся тоньше и толще на близлежащей экзопланете. До JWST у нас была только фотометрия, которая смешивала эффекты облаков, химии и температуры, а теперь мы можем их различать», — говорит астроном Бриттани Майлз из обсерватории Стюарда Аризонского университета, ведущий автор исследования.
Коричневые карлики занимают промежуточное положение между звездами и планетами, и WISE 0855 с его температурой около 265 кельвинов (холоднее земной поверхности) — в самом низу этой категории, еще больше размывает границу. Размером с Юпитер и вдвое его тяжелее, это небесное тело ведет себя как планета.
Руководил исследованием профессор Марк Марли, возглавляющий Лунную и планетарную лабораторию Аризонского университета.
Он сравнивает атмосферу с москитной сеткой: «Фотоны проходят через атмосферу и вырываются в космос. Это как смотреть в окно сквозь москитную сетку, которая отфильтровывает часть света. Мы узнаем о мире по обе стороны от сетки — но мы также должны понимать и саму сетку».
«Сетка» над WISE 0855 постоянно меняется. С вращением планеты ее видимая температура слегка варьируется— потому что закрывающий ее облачный покров то мощнее, то слабее. Спектрограф JWST достаточно чувствителен, чтобы отслеживать эти различия по отдельным молекулярным линиям, что не под силу никаким другим инструментам. Он уловил также ритмичный, волнообразный сигнал, связанный с конкретными газами — угарным газом и фосфином. Эти химические вещества колеблются потому, что тепло из глубин коричневого карлика постоянно поднимает их к поверхности — как кастрюля горячего супа выталкивает более теплую жидкость со дна.
Такой химический сигнал знаком планетологам. На Юпитере конвективное перемешивание поднимает газы из глубоких горячих слоев в видимую атмосферу. Тот же процесс, называемый неравновесной химией, наблюдался в коричневых карликах и раньше — но наблюдать его в реальном времени, молекула за молекулой, — заслуга JWST.
«Мы видим, как водяные облака становятся толще и тоньше, а глубинные газы поднимаются и опускаются, и мы действительно можем наблюдать, как они меняются в реальном времени», — радуется Майлз.
По ее словам, ценность исследования шире, чем открытие о WISE 0855. Базовая физика конвекции, облаков и химии, которая управляет Юпитером, работает и на этой холодной одинокой планете более чем в семи световых годах от нас. Если эта физика универсальна, она применима и к газовым гигантам-экзопланетам, которые предполагается изучать с помощью JWST.
«Коричневые карлики — не настоящие планеты, но они ведут себя ближе к планетам. Между коричневыми карликами и планетами нет четкой грани. Юпитер и этот объект выглядят явно по-разному, но у них схожие погодные паттерны. Есть базовая физика и химия, которые можно применить ко всем этим объектам», — подытожила Майлз.