Учёным впервые удалось напрямую измерить скорость ветра на коричневом карлике – объекте больше Юпитера (самой большой планеты в нашей Солнечной системе), но не настолько массивном, чтобы стать звездой. Для достижения этой цели они использовали новый метод, который также можно было бы применить для изучения атмосферы газовых планет за пределами нашей Системы.
Эта работа опубликована в статье журнала Science, она объединяет наблюдения группы радиотелескопов с данными недавно отключившейся инфракрасной обсерватории “Спитцер”, управляемой Лабораторией реактивного движения агентства НАСА в Южной Калифорнии.
Эта иллюстрация художника показывает коричневый карлик, объект, который по меньшей мере в 13 раз превышает массу Юпитера, но недостаточно массивен, чтобы запустить процессы ядерного синтеза в его ядре, что является определяющей характеристикой звезды. Ученые с помощью космического телескопа “Спитцер” сделали первое в истории прямое измерение ветра на коричневом карлике. Источник: NASA/JPL-Caltech
Исследуемый коричневый карлик официально назван 2MASS J10475385+2124234, а расположен он на расстоянии 32-х световых лет от Земли. Если говорить космическими меркам, то это в двух шагах от Земли. Исследователи обнаружили ветры, движущиеся вокруг этого объекта на скорости 2293 километров в час. Для сравнения, атмосфера Нептуна характеризуется самыми быстрыми ветрами в Солнечной системе, которые проносятся со скоростью около 2000 километров в час.
Измерение скорости ветра на Земле означает оценку движения нашей газовой атмосферы относительно твёрдой поверхности планеты. Но коричневые карлики почти полностью состоят из газа, поэтому понятие “ветер” относится к чему-то несколько иному, чем мы привыкли думать на Земле. Верхние слои коричневого карлика – это то место, где части газа могут двигаться независимо друг от друга. На определённой глубине давление становится настолько сильным, что газ ведёт себя как единый твёрдый шар, который и считается внутренним пространством объекта. По мере того как эта внутренность вращается, она вытягивает верхние слои атмосферы за собой.
В своём исследовании учёные измерили незначительную разницу в скорости движения атмосферы коричневого карлика относительно его внутренней части. При температуре атмосферы свыше 600 градусов Цельсия этот конкретный коричневый карлик излучает значительное количество инфракрасного света. В сочетании с его непосредственной близостью к Земле эта характеристика позволила “Спитцеру” обнаружить особенности в атмосфере, когда они входят в поле зрения телескопа и исчезают из него. Команда использовала эти функции для синхронизации скорости вращения атмосферы.
Чтобы определить скорость внутреннего пространства, исследователи сосредоточились на магнитном поле коричневого карлика. Относительно недавнее открытие показало, что внутренности коричневых карликов генерируют сильные магнитные поля. Когда коричневый карлик вращается, магнитное поле ускоряет заряженные частицы, которые, в свою очередь, производят радиоволны, которые исследователи обнаружили с помощью массива радиотелескопов в Нью-Мексико.
Атмосферы планет
Новое исследование является первым, которое продемонстрировало этот сравнительный метод измерения скорости ветра на коричневом карлике. Чтобы оценить его точность, группа испытала методику с помощью инфракрасных и радио исследований Юпитера, который также состоит в основном из газа и имеет физическую структуру, подобную небольшому коричневому карлику. Команда сравнила скорость вращения атмосферы и внутренних слоев Юпитера, используя данные, которые были подобны тем, что они смогли собрать для гораздо более отдалённого коричневого карлика. Затем они подтвердили свои расчёты скорости ветра Юпитера, используя более детальные данные, собранные зондами, которые изучали Юпитер вблизи, тем самым продемонстрировав, что их подход сработал.
Коричневые карлики более массивны, чем планеты, но не так массивны, как звёзды. Вообще говоря, они имеют массу от 13 до 80 раз больше массы Юпитера. Коричневый карлик становится звездой, если давление в его ядре становится достаточно высоким, чтобы начать ядерный синтез. Источник: NASA/JPL-Caltech
Ранее учёные использовали “Спитцер”, чтобы сделать вывод о наличии ветров на экзопланетах и коричневых карликах, основываясь на изменениях яркости их атмосфер в инфракрасном свете. А данные высокоточного прибора HARPS на телескопе в обсерватории Ла-Силья Европейской Южной Обсерватории в Чили были использованы для прямого измерения скорости ветра на далекой планете.
Но новая статья описывает первый случай, когда учёные напрямую сравнили скорость атмосферы со скоростью внутреннего пространства коричневого карлика. По мнению авторов, используемый метод может быть применён к другим коричневым карликам или к большим планетам, если условия исследований будут правильными.
“Мы считаем, что этот метод может быть действительно полезен для обеспечения понимания динамики атмосфер экзопланет. Что действительно интересно, так это возможность узнать о том, как химический состав, динамика атмосферы и окружающая среда вокруг коричневого карлика взаимосвязаны. Также перед нами стоит хорошая перспектива получить действительно всестороннее представление об этих мирах”, – ведущий автор работы Кейтлин Аллерс, адъюнкт-профессор физики и астрономии Бакнеллского университета в Льюисбурге, штат Пенсильвания.
По информации Лаборатории реактивного движения НАСА.
Источник: