Астрономы исследовали слоистую структуру атмосферы коричневого карлика

Юпитер — это самая массивная планета, но на самом деле он намного меньше по сравнению со многими планетами-гигантами, расположенными вокруг других звезд.

Эти инопланетные миры, называемые суперюпитерами, весят в 13 раз больше Юпитера. Астрономы проанализировали состав некоторых из этих планет, но было трудно детально изучить их атмосферу, потому что эти газовые гиганты теряются в сиянии своих родительских звезд.

Однако у исследователей есть замена: 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.

При этом коричневые карлики имеют родство с суперюпитерами. Оба типа объектов имеют одинаковую температуру и чрезвычайно массивны. У них также сложная, разнообразная атмосфера. Единственная разница, как думают астрономы, — это их происхождение. Суперюпитеры образуются вокруг звезд; коричневые карлики часто образуются изолированно.

Теперь группа астрономов проверила новый способ вглядывания сквозь облачные слои этих объектов. Исследователи использовали инструмент в обсерватории Кека на Гавайях, чтобы изучить в ближнем инфракрасном свете цвета и вариации яркости структуры слоистых облаков 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. Это было впервые, когда астрономы использовали MOSFIRE в исследованиях такого типа.

Астрономы решили изучить именно этот коричневый карлик, потому что он очень молодой и поэтому очень яркий. Его масса и температура аналогичны таковым у близлежащей гигантской экзопланеты Beta Pictoris b, обнаруженной в 2008 году на изображениях в ближнем инфракрасном диапазоне, сделанных Очень Большим телескопом Европейской южной обсерватории в Чили.

«При наличии современных технологий у нас пока нет возможности детально проанализировать атмосферу Beta Pictoris b», — говорят ученые. «Итак, мы используем наше исследование атмосферы этого коричневого карлика для того, 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 группой молодых звезд. Она находится примерно в 115 световых годах от нас.

Хотя они холоднее настоящих звезд, коричневые карлики по-прежнему очень горячие. Коричневый карлик в исследовании ученых имеет температуру в 1527 градусов по Цельсию.

Гигантский объект примерно в 12 раз тяжелее Юпитера. Будучи молодым космическим телом, он вращается невероятно быстро, совершая 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, изучая, как свет, проникающий через атмосферу из горячих внутренних слоев карлика, со временем становится ярче или темнее.

Яркие пятна, появившиеся на вращающемся объекте, указывают на области, где исследователи могут видеть глубже атмосферу, 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, выходящим из жаркого внутреннего пространства.

В его спектре видны облака из горячих песчинок и других экзотических элементов. Иодид калия отслеживается в верхних слоях атмосферы объекта. В атмосфере движется слой облаков из йодида натрия и силиката магния. Последний слой состоит из облаков оксида алюминия. Общая глубина атмосферы составляет около 718 километров. Обнаруженные элементы представляют собой типичную часть состава атмосфер коричневых карликов, говорят ученые.