Атмосфери коричневих карликів виявились складнішими, ніж передбачає теорія. Астрономи отримали інфрачервоні спектри кількох десятків таких об’єктів, розташованих неподалік від Сонячної системи, за допомогою космічного телескопа NASA. Жодна з провідних моделей не збіглася з даними повністю. Подекуди моделі передбачали для коричневих карликів фізично нереалістичні розміри.
Похибка в десятки відсотків
Коричневі карлики масивніші за планети-гіганти, але їхньої маси не вистачає для термоядерного синтезу водню в надрах. Команда Зафара Рустамкулова з Каліфорнійського технологічного інституту зібрала спектри 37 карликів на відстанях від 7 до 100 світлових років. Їхні температури лежать у діапазоні від 2200 до мінус 20 градусів Цельсія.
Спектри порівняли з п’ятьма моделями атмосфер, і жодна не відтворила низку піків яскравості в ближньому інфрачервоному діапазоні. Як пише Universe Today, розміри карликів у моделях подекуди відхилялися на 20–50%. Яскравість об’єкта залежить від площі його поверхні. Тож у моделях радіус підлаштовували під спостережувану яскравість, і через це неточний опис хімії атмосфери залишався непомітним.
Сто два спектральні канали
Телескоп SPHEREx веде огляд неба в 102 каналах від 0,75 до 5 мікрометрів. Цей діапазон охоплює близько 80% теплового випромінювання коричневих карликів, і значну частину цього світла поглинає водяна пара в атмосфері Землі.
Раніше карлики вивчали здебільшого через широкосмугові фільтри, у яких вузькі провали від поглинання світла молекулами зливаються в одне значення. А в нових спектрах, за даними Лабораторії реактивного руху NASA, видно сліди води, вуглекислого і чадного газу та метану.
Вуглець і перемішування
Найточніше в розрахунках вийшла поведінка вуглецю. Коли атмосфера холоне нижче 1000 кельвінів, чадного газу різко меншає і переважати починає метан. Цей перехід добре відтворює модель Sonora Elf Owl зі слабким вертикальним перемішуванням.
Чадний газ стійкий у гарячих нижніх шарах. Якщо перемішування повільне, газ, що піднявся вгору, встигає перетворитися на метан на холоді, тому його вміст різко падає. На Юпітері вертикальні потоки потужні, а в коричневих карликах вони, можливо, значно слабші.
Найгірше моделі описують етап, коли хмари в атмосфері рідшають. За словами Зафара Рустамкулова, навіть за однакової температури спектри карликів помітно різняться. Статтю опублікував рецензований журнал The Astrophysical Journal.
Тисячі коричневих карликів
За два роки огляду неба телескоп SPHEREx має зібрати спектри тисяч коричневих карликів, і частину з них уже аналізують. Досі за допомогою космічних телескопів детально вивчили лише кілька десятків таких об’єктів.
Карлики не мають материнської зорі й нагріваються лише зсередини, тому на них зручно перевіряти теорію атмосфер газових гігантів. Схожими моделями інтерпретують і спектри молодих газових гігантів, яких знімають напряму за допомогою James Webb. Розміри таких планет оцінюють саме за збігом моделі зі спектром, тож похибка в десятки відсотків, виявлена для коричневих карликів, може стосуватися і їх. Уточнювати розрахунки атмосфер доведеться теоретикам, а тисячі спектрів із телескопа SPHEREx дадуть їм дані для перевірки.
