Учёные нашли порядок в погоде коричневого карлика SIMP 0136 по данным телескопа Webb

Объект находится примерно в 20 световых годах от Земли. Раньше его связывали с явлениями, похожими на северное сияние.

Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics. Работа показывает новый способ разбирать погоду далёких миров, в том числе планет за пределами Солнечной системы.

Как исследователи разобрали погоду далёкого карлика

Команда проанализировала данные космического телескопа NASA «Джеймс Уэбб» (JWST) с помощью математического метода — анализа главных компонент (PCA). Он помогает находить самые сильные закономерности в больших и сложных массивах данных.

Учёные изучали, как менялся свет коричневого карлика по мере вращения. Заранее заданных предположений об атмосфере они не закладывали: метод сам выделил главные процессы и помог отделить реальные изменения от мелких колебаний и шума.

Это стало возможно благодаря чувствительности приборов Webb: они фиксируют крайне малые изменения яркости, когда к наблюдателю поворачиваются разные участки атмосферы.

Три погодных состояния и два главных фактора

Атмосфера SIMP 0136 выглядит очень сложной, но почти всю наблюдаемую изменчивость объяснили всего две доминирующие компоненты. Они соответствуют колебаниям температуры и изменениям вертикального расположения облаков.

Кроме того, исследователи выделили три повторяющихся погодных состояния, которые появляются и исчезают из поля зрения при вращении карлика. Вместе они образуют лоскутное одеяло: одни области горячее и с более тонкими облаками, другие холоднее, с более плотными облаками, сильнее вытянутыми по вертикали.

Вместо непредсказуемых постоянных перемен погодные картины, судя по всему, следуют определённой структуре.

Коричневые карлики занимают промежуточное положение между планетами и звёздами. SIMP 0136 крупнее и горячее обычной планеты-гиганта, но ему не хватает массы, чтобы светить как звезда. Погоду в его быстро меняющихся облачных системах можно сравнить с экстремальной версией юпитерианской.

Первый автор работы, аспирантка Школы физики Тринити-колледжа Мерле Шрадер, отметила: «Мы также обнаружили, что эти факторы погоды на SIMP-0136 сохраняются со временем, даже когда детали облика атмосферы меняются на протяжении более чем десятка оборотов».

По её словам, SIMP 0136 — один из наиболее удобных коричневых карликов для получения качественных данных. Их уже изучали привычными методами, поэтому результаты нового подхода удалось сравнить с известным. Метод можно уточнять и применять к менее изученным коричневым карликам.

Свет, который вышел в год рождения исследовательницы

Свет от SIMP 0136 идёт до Земли около двух десятилетий. Webb зафиксировал его в 2023 году, и этот свет покинул карлик в год, когда родилась Шрадер.

«Свет движется со скоростью около 300 000 км/с, но даже так ему потребовалось два десятилетия, чтобы добраться до нас», — сказала она. Для сравнения, до Луны свет от Земли идёт чуть больше секунды.

Что это меняет для экзопланет

Коричневые карлики полезны для изучения атмосфер гигантских экзопланет: их часто можно наблюдать напрямую, а у большинства экзопланет это куда сложнее. На них можно проверять, как образуются облака, как тепло перемещается по атмосфере и как работает циркуляция в экстремальных условиях.

Новая методика, по замыслу авторов, ускорит такую работу: быстро определив главные процессы, астрономы смогут точнее выбирать, что разбирать в сложных компьютерных моделях.

Профессор Йоханна Вос, доцент Школы физики Тринити-колледжа, заявила: «Наши результаты изменят то, как астрономы анализируют будущие наблюдения JWST». По её словам, подход служит эффективным первым шагом перед ресурсоёмким моделированием, а его применение к коричневым карликам и гигантским экзопланетам поможет лучше понять их погодные системы.

Поведение атмосферы может дать подсказки о химическом составе и условиях на планете. Это связано и с одним из главных вопросов астрономии: на каких планетах за пределами Солнечной системы возможны условия для жизни.