Используя изображения, полученные с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), международная исследовательская группа, которую возглавил профессор Станимир Метчев из Западного университета, выяснила, как на коричневых карликах образуются гигантские пылевые бури. По мнению соавторов исследования из Шанхайского университета эти явления внешне похожи на знаменитое Большое красное пятно на Юпитере, но на самом деле они образуются совсем по-другому. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Коричневые карлики — это небесные объекты с большей массой, чем у планеты-гиганта типа Юпитера, но меньшей, чем у самой маленькой «полноценной» звезды. Не способные поддерживать термоядерный синтез в своих ядрах, они медленно остывают после формирования. Спустя миллиарды лет они охлаждаются до «комнатных» температур и становятся очень похожими на планеты-гиганты.
Некоторые коричневые карлики в 10 раз тяжелее Юпитера, поэтому их иногда называют «супер-Юпитерами». Поскольку они похожи на планеты-гиганты и демонстрируют высокую активность в космической среде, они считались отличными объектами-аналогами для изучения атмосфер гигантских экзопланет.
«Астрономы полагали, что коричневые карлики ведут себя как Юпитер и выглядят как Юпитер, с яркими полосами, простирающимися с востока на запад, и стабильными штормами, формирующими их небосвод, — отметил Станимир Метчев. — Наше исследование ставит под сомнение эту идею. Некоторые из этих миров не похожи на Юпитер от слова «совсем». Моделируя изменение световых характеристик супер-Юпитера, мы показываем, что вещество его атмосферы циркулирует принципиально иным образом».
За последнее десятилетие Метчев и его команда неоднократно наблюдали атмосферные штормы на коричневых карликах, а совсем недавно — повсеместное наличие пылевых (или «песчаных») облаков на теплых коричневых карликах, таких как VHS 1256B, который изучался в ходе последнего исследования. Теплыми карликами принято считать объекты с температурой ниже +300°С.
Ранее Метчев сотрудничал с Сяньюй Танем, научным сотрудником Шанхайского университета, а также с другими учеными в рамках наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб». Тогда в облаках этого супер-Юпитера были обнаружены спектры пылевых частиц.
Предыдущее исследование показало, что VHS 1256B демонстрирует чрезвычайно высокую вариабельность яркости с большой амплитудой, то есть его видимая светимость значительно меняется с течением времени. Такие колебания светимости обычно указывают на атмосферную турбулентность и гигантские пылевые бури.
Основываясь на этих результатах, Тан, Метчев и их коллеги смоделировали атмосферу VHS 1256B, соответствующую крупноамплитудной изменчивости его яркости, и сравнили эту новую модель с данными наблюдений, полученными с помощью телескопа «Джеймс Уэбб». Модель показывает, что изменчивость VHS 1256B вызвана экваториальными волнами, которых нет в том же виде у Юпитера.
Эти волны, возникающие из-за температурного дисбаланса, когда облака вблизи экватора нагревают атмосферу, вызывают масштабные пылевые бури, движущиеся с востока на запад. Это явление, описанное авторами как «обратная связь между облаками и излучением», объясняет как резкие, так и плавные изменения яркости, наблюдаемые на VHS 1256B.
Исследование показало, что супер-Юпитеры, такие как VHS 1256B, ведут себя совсем не так, как наш Юпитер. Их атмосфера намного горячее и живее реагирует на излучение снизу. Быстрая реакция приводит к возникновению крупномасштабных экваториальных волн и исключает появление множественных зональных полос, наблюдаемых у Юпитера. Более холодная атмосфера Юпитера создает эти кольца в результате более медленного турбулентного процесса. Говоря простыми словами, коричневые карлики не просто полосатые, а скорее полосато-пятнистые с пыльным горячим поясом по экватору. Но из-за их тусклости наблюдать их «окрас» вживую мы пока не можем.
Механизм атмосферной циркуляции на планетах-гигантах долгое время оставался важным и нерешенным вопросом в планетологии. Эти новые волновые динамические процессы на супер-Юпитерах дают нам уникальную возможность пересмотреть наше фундаментальное понимание этой проблемы.
Недавно ученые подтвердили считавшийся невозможным дуэт красного и коричневого карликов сразу тремя методами наблюдений.
