Астрономи виявили полярні сяйва на об’єкті розміром з планету під назвою SIMP 0136, який зараз мандрує нашою галактикою Чумацький Шлях без зірки. Схоже, що ця авроральна активність нагріває верхні шари його атмосфери, створюючи стабільну «ковдру» з хмар, подібних до піщаних.
Науковці змогли простежити погоду на SIMP 0136 за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, спостерігаючи за тим, як об’єкт швидко обертається навколо своєї осі, завершуючи один земний день кожні 2,4 години. Команда вимірювала незначні зміни яскравості під час обертання та перетворювала ці сигнали на карти температури, хмарності та хімічного складу. Вони виявили ознаки нагрітої верхньої атмосфери та зміни погоди, пов’язані з хімічними процесами, тоді як хмари залишаються дивно однорідними.
Вивчення «блукаючого світу» SIMP 0136
Провідний автор дослідження, доктор Еверт Наседкін з Трініті-коледжу в Дубліні, та його колеги зосередилися на SIMP 0136 — сусідньому коричневому карлику, який нагадує гігантську планету, але не обертається навколо зірки. Це молодий та швидко обертовий об’єкт, що робить його атмосферу чудовим випробуванням для фізики погоди за межами нашої Сонячної системи.
Такі «блукаючі» об’єкти випромінюють залишкове тепло, а не відбите світло зірки. Це чисте теплове сяйво робить їх ідеальними для спектроскопії — методу, що розкладає світло на кольори, дозволяючи визначити температуру та гази.
Як «Вебб» читає погоду на екзопланетах
Ближній інфрачервоний спектрограф телескопа Вебба, NIRSpec, зафіксував повне обертання об’єкта в режимі BOTS — серії стабільних спектрів із прив’язкою до часу. Такий підхід дозволяє ловити ледь помітні зміни, спричинені тим, що певні ділянки поверхні виходять у поле зору й зникають із нього.
Інструмент середнього інфрачервоного діапазону MIRI додав низькочастотні часові вимірювання в діапазоні 5–14 мікрон — області, багатій на метан та аміак, які дають інформацію про різні висоти в атмосфері. Комбінація даних дала змогу відстежувати зміни від глибинних шарів атмосфери до її розріджених верхів.
Прогноз погоди на SIMP 0136
SIMP 0136 демонструє термічну інверсію у своїй стратосфері: температура з висотою не падає, а зростає. Інверсія досягає максимуму на кілька тисячних бара вище основних хмар і приблизно на 250 К перевищує температуру, яку мала б атмосфера без інверсії.
«Це одні з найточніших вимірювань атмосфери будь-якого позасонячного об’єкта на сьогодні та перший випадок, коли зміни атмосферних властивостей виміряні безпосередньо», — зазначив доктор Наседкін.
За повний оберт середня температура півкулі змінювалася приблизно на 5 К, хоча об’єкт загалом лишається надзвичайно гарячим — понад 1500 °C (2732 °F). Метан та інші гази вказують на різні шари атмосфери — їх особливості поглинання відображають зміни тиску. Кожна довжина хвилі пов’язана з конкретними атмосферними параметрами.
Аврори як джерело тепла
Полярні сяйва є очевидним поясненням нагрівання верхніх шарів атмосфери, адже заряджені частинки, що рухаються вздовж магнітних ліній, передають свою енергію газові при зіткненні. На Юпітері саме аврори відповідають за глобальне нагрівання верхньої атмосфери.
SIMP 0136 випромінює радіохвилі — ознаку сильних магнітних струмів, здатних створювати аврори й нагрівати повітря. Нові результати з «Вебба» підтверджують цю картину: інверсія розташована саме в тому шарі, де метанові лінії найбільш чутливі до температури, і змінюється разом з обертанням.
Чому хмари «блукаючого світу» такі стабільні
За таких високих температур хмари SIMP 0136 складаються не з води, а з силікатних частинок — по суті, з «піску», що конденсується глибше. Спектри вимагають наявності плямистої силікатної хмарності біля основи фотосфери, але її покриття майже не змінюється під час обертання.
Це суперечить старій ідеї, що зміни яскравості в зоні L/T спричинені рухом хмар. У цьому випадку температуру визначають глибинні коливання, а хмарний шар лишається майже сталим. Вміст CO₂ та гідроген сульфіду трохи змінюється разом із фазою й антикорелює з температурними коливаннями — натяк на невеликі бурі, що впливають на хімію.
Інші основні молекули — вода, метан, чадний газ — залишаються рівномірно розподіленими за диском. Ці хімічні дані важливі для вивчення походження об’єкта. Співвідношення вуглець/кисень близьке до сонячного, а загальна металічність лише трохи підвищена.
Чому важливо вивчати «блукаючі планети»
Незалежний аналіз «Вебба» раніше цього року показав, що мінливість SIMP 0136 виникає на різних висотах і через різні процеси. Нові спектральні дані з прив’язкою до часу уточнюють це, безпосередньо пов’язуючи певні спектральні особливості зі змінами температури та хімії з глибиною.
Простіше кажучи, працює кілька механізмів одночасно: глибинні температурні хвилі визначають загальну яскравість, а верхні, нагріті аврорами шари формують візерунки в метанових смугах.
Погода — це фізика в русі. На світах, подібних до SIMP 0136, вона проявляється у вигляді екзотичних матеріалів, швидких обертів та потужних магнітних полів, але основні закони залишаються тими самими: тепло рухається, гази змішуються, а світло несе інформацію.
Спектри з часовою роздільною здатністю — ключ до читання цієї історії. «Вебб» здатен спостерігати зміни у режимі хвилин та відстежувати причину, наслідок і висоту з точністю, достатньою для розділення температури, хмарності та хімії.
Що далі для SIMP 0136
Майбутні великі наземні телескопи зможуть мапувати подібні об’єкти детальніше й шукати світіння, спричинене іонними процесами, яке точно підтвердить аврори. Майбутні космічні місії, орієнтовані на придатні для життя планети, використають ці методи для вивчення вітрів, хмар і теплообміну на менших та холодніших цілях.
SIMP 0136 демонструє, що навіть без зірки світ може мати активну погодну систему, яку живлять власне тепло та магнетизм. Верхні шари атмосфери сяють, нижні дихають, а хмари залишаються стабільними, поки цей «планетарний» об’єкт обертається.
Дослідження опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.