Эти кривые света показывают изменение яркости трех различных наборов длин волн (цветов) ближнего инфракрасного света, исходящего от изолированного объекта планетарного массы SIMP 0136, когда он вращался. Свет был запечатлен NIRSpec Webb (Spectrograph почти инфракрасной инфракрасной инфракрасной линии), который собирал в общей сложности 5726 спектра-по одному каждые 1,8 секунды-в течение примерно 3 часов 23 июля 2023 года. Вариации яркости, как полагают, связаны с различными частями атмосферы, составляемых из железных частиц, более высоких и более высоких горящих и более высоких и более высоких горящих и более высоких кольцевых и более высоких кольцевых и более высоких кольцевых и более высоких кольцевых и более высоких кольцевых и более высоких кольцевых и более высоких кольцевых и более высоких кольцо и более высоких и более высоких горностей, более высоких и более высоких горло. Пятна — возвращение в и вне поля зрения. Диаграмма справа иллюстрирует возможную структуру атмосферы SIMP 0136, с цветными стрелками, представляющими те же длина волны света, показанные на кривых света. Толстые стрелки представляют собой более (яркий) свет; Тонкие стрелки представляют меньше (диммер) свет. Кредит: НАСА, ЕКА, CSA и JOSEPH OLMSTED (STSCI)
Международная команда исследователей обнаружила, что ранее наблюдаемые различия в яркости свободного планетного объекта, известного как SIMP 0136, должны быть результатом сложной комбинации атмосферных факторов и не могут быть объяснены только облаками.
Используя космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА для мониторинга широкого спектра инфракрасного света, излучаемого в течение двух периодов полного вращения, к SIMP 0136, команда смогла обнаружить вариации в облачных слоях, температуре и химии углерода, которые ранее были скрыты от обзора.
Результаты дают решающую информацию о трехмерной сложности газовой гигантской атмосферы внутри и за пределами нашей солнечной системы. Подробная характеристика таких объектов является важной подготовкой к прямой визуализации экзопланет, планеты за пределами нашей солнечной системы, с римским космическим телескопом Нэнси Грейс НАСА, который должен начать работу в 2027 году.
Быстро вращается, свободно плавает
SIMP 0136-быстро вращающийся, свободно плавающий объект, примерно в 13 раз больше массы Юпитера, расположенного в Млечном пути всего в 20 световых годах от Земли. Хотя он не классифицируется как экзопланета с газовым гигантом-она не вращается в звезде и может быть коричневым карлом-состоит в том, чтобы 0136-идеальная цель для экзо-метеорологии: это самый яркий объект в своем роде на северном небе. Поскольку он изолирован, его можно наблюдать без страха перед загрязнением света или изменчивости, вызванной звездой -хозяином. И его короткий период ротации всего 2,4 часа позволяет обследовать очень эффективно.
До наблюдений Уэбба SIMP 0136 широко изучался с использованием наземных обсерваторий и космических телескопов Hubble и Spitzer NASA.
«Мы уже знали, что это варьируется в яркости, и мы были уверены, что существуют пятнистые облачные слои, которые вращаются в и вне поля зрения и развиваются с течением времени», — объяснила Эллисон Маккарти, докторская студентка в Бостонском университете и ведущий автор исследования, опубликованного в письмах астрофизических журналов. «Мы также думали, что могут быть изменения температуры, химические реакции и, возможно, некоторые эффекты ауроральной активности, влияющей на яркости, но мы не были уверены».
Чтобы выяснить это, команде нуждалась в способности Уэбба измерять очень точные изменения в яркости в широком диапазоне длин волн.
Наметить тысячи инфракрасных радуг
Используя NIRSPEC (ближний инфракрасный спектрограф), Уэбб захватил тысячи отдельных спектра от 0,6 до 5,3-микрон-один каждые 1,8 секунды в течение более трех часов, когда объект завершал одно полное вращение. За этим сразу последовало наблюдение с MIRI (инструмент среднего инфракрасного), который собирал сотни спектроскопических измерений от 5-14-метрового света-по одному каждые 19,2 секунды над другим вращением.
Концепция этого художника показывает, как может выглядеть изолированный объект планетарной массы 0136, основанный на недавних наблюдениях от космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА и предыдущих наблюдений от Хаббла, Спитцера и многочисленных наземных телескопов. Исследователи использовали NIRSPEC (Spectrograph почти инфракрасных) и MIRI (прибор среднего инфракрасного) для измерения тонких изменений в яркости инфракрасного света, когда объект завершил два 2,4-часовых вращения. Анализируя изменение яркости различных длин волн с течением времени, они смогли обнаружить изменчивость в облачном покрове на разных глубинах, изменение температуры в верхней атмосфере и изменения химии углерода как разные стороны объекта, вращающихся в и вне поля зрения. Эта иллюстрация основана на спектроскопических наблюдениях Уэбба. Уэбб не снял прямое изображение объекта. Кредит: НАСА, ЕКА, CSA и JOSEPH OLMSTED (STSCI)
Результатом стало сотни подробных кривых света, каждый из которых показал изменение яркости очень точной длины волны (цвета), как разные стороны объекта, повернутые в поле зрения.
«Чтобы увидеть, как полный спектр этого объекта смены в течение минут было невероятной», — сказала главный следователь Джоанна Вос из Тринити -колледжа Дублин. «До сих пор у нас был лишь небольшой кусочек спектра в ближнем инфракрасном положении от Хаббла и несколько измерений яркости от Спитцера».
Команда почти сразу заметила, что было несколько отдельных форм световых кривой. В любой момент времени некоторые волны становились все ярче, в то время как другие становились все тусклее или не менялись вообще. Ряд различных факторов должен влиять на изменения яркости.
«Представьте, что вы смотрите на Землю издалека. Если бы вы смотрели на каждый цвет отдельно, вы бы увидели разные узоры, которые рассказывают вам что-то о ее поверхности и атмосфере, даже если вы не могли разглядеть отдельные особенности»,-объяснил соавтор Филип Мюрхед, также из Бостонского университета. «Синий возрастет, когда океаны вращаются в поле зрения. Изменения в коричневом и зеленых рассказывают вам кое -что о почве и растительности».
Откройте для себя последние в науке, технологии и пространстве с более чем 100 000 подписчиков, которые полагаются на Phys.org для Daily Insights. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получите обновления о прорывах, инновациях и исследованиях, которые имеют значение — ежедневно или еженедельно.
Пятнистые облака, горячие точки и химия углерода
Чтобы выяснить, что может вызвать изменчивость в SIMP 0136, команда использовала атмосферные модели, чтобы показать, где в атмосфере была начата каждая волна света.
«Различные длины волн предоставляют информацию о различных глубинах в атмосфере», — пояснил Маккарти. «Мы начали понимать, что длина волн, у которых были наиболее похожие формы света, также исследовали те же глубины, которые усилили эту идею, что они должны быть вызваны тем же механизмом».
Например, одна группа длин волн происходит глубоко в атмосфере, где могут быть пятнистые облака из частиц железа. Вторая группа происходит от более высоких облаков, которые, как считается, изготовлены из крошечных зерен силикатных минералов. Изменения в обеих этих кривых света связаны с плачностью облачных слоев.
Третья группа длин волн происходит на очень высокой высоте, намного выше облаков и, по -видимому, отслеживает температуру. Яркие «горячие точки» могут быть связаны с аурорами, которые ранее были обнаружены на радиоволновых длинах или с более глубоким газом в атмосфере.
Некоторые из кривых света не могут быть объяснены ни облаками, ни температурой, но вместо этого показывают изменения, связанные с химией углерода в атмосфере. Там могут быть карманы монооксида углерода и углекислого газа, вращающиеся в и вне вида, или химические реакции, вызывающие изменение атмосферы с течением времени.
«Мы еще не поняли химическую часть головоломки», — сказал Вос. «Но эти результаты действительно захватывающие, потому что они показывают нам, что численность молекул, таких как метан и углекислый газ, могут измениться с места на место и со временем. Если мы смотрим на экзопланету и можем получить только одно измерение, мы должны считать, что она не может быть репрезентативной для всей планеты».
