Используя изображения, полученные с космического телескопа имени Джеймса Уэбба, международная исследовательская группа, в которую входит Станимир Мечев из Western, нашла новые ответы на вопрос о том, как некоторые коричневые карлики образуют гигантские пылевые бури, что противоречит прежним предположениям. Эти бури могут выглядеть похожими на знаменитое Большое Красное Пятно на Юпитере, но новое исследование, проведенное Шанхайским университетом Цзяотун, показывает, что на самом деле они формируются совершенно иначе.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances .
Коричневые карлики — это небесные объекты, масса которых больше массы гигантской планеты, но меньше массы небольшой звезды. Неспособные поддерживать термоядерную реакцию в своих ядрах, они остывают после формирования. Спустя миллиарды лет они достигают низких температур, становясь очень похожими на планеты-гиганты.
Некоторые коричневые карлики в 10 раз тяжелее Юпитера, поэтому их иногда называют «суперюпитерами». Поскольку они напоминают планеты-гиганты и демонстрируют сильную космическую активность, они представляют собой прекрасные экспериментальные аналоги для изучения поведения атмосфер гигантских экзопланет (планет, вращающихся вокруг звёзд, отличных от нашего Солнца).
«Астрономы обычно предполагали, что коричневые карлики ведут себя подобно Юпитеру, с ярко выраженными восточно-западными полосами и стабильными штормами, формирующими их небо», — сказал Мечев, профессор физики и астрономии. «Наше исследование ставит под сомнение эту идею, предполагая, что некоторые из этих миров всё же не следуют закономерностям Юпитера. Моделируя меняющуюся картину блеска супер-Юпитера, мы показываем, что его атмосфера может циркулировать принципиально иначе».
Результаты основаны на предыдущих исследованиях коричневых карликов
За последнее десятилетие Метчев и его команда установили распространенность атмосферных бурь на коричневых карликах , а совсем недавно – повсеместное распространение пылевых (или «песчаных») облаков на теплых коричневых карликах, таких как VHS 1256B, который изучается в последнем исследовании. Ранее Метчев сотрудничал с Сянью Таном, старшим автором нового исследования и научным сотрудником программы TD Lee в Шанхайском университете Цзяотун, и другими исследователями в рамках исследования, в рамках которого проводились наблюдения Уэбба, которые позволили напрямую обнаружить пыль в облаках этого суперюпитера.
Предыдущее исследование показало, что VHS 1256B демонстрирует чрезвычайно высокую «большую амплитудную изменчивость», то есть её воспринимаемая яркость значительно увеличивается и уменьшается с течением времени. Такая дисперсия яркости обычно сигнализирует о драматических атмосферных явлениях, таких как обнаруженные недавно гигантские пылевые бури.
Основываясь на этих результатах, Тан, Мечев и их коллеги смоделировали атмосферу VHS 1256B, чтобы соответствовать её высокоамплитудной изменчивости, и сравнили новую модель с данными наблюдений Уэбба. Модель показывает, что изменчивость VHS 1256B обусловлена совершенно иными причинами, чем у Юпитера, и обусловлена крупномасштабными экваториальными волнами.
Эти волны, создаваемые температурным дисбалансом, возникающим при нагревании атмосферы облаками вблизи экватора, приводят к мощным пылевым бурям, движущимся с востока на запад. Это явление, известное как «обратная связь облаков и излучения», объясняет как сильные изменения яркости, наблюдаемые на VHS 1256B, так и медленные, долгосрочные сдвиги кривой блеска, вызванные пылевыми бурями, которые перемещаются и изменяются со временем.
«Был предложен механизм циркуляции, основанный на обратной связи между облачностью и излучением, но для того, чтобы модель была действительно проверена, она должна пройти проверку наблюдениями, что, возможно, даже сложнее, чем предложить саму теорию», — сказал Тан. «К счастью, успешные сравнения с наблюдениями VHS 1256B предоставили эту возможность, подтвердив возможность нового механизма циркуляции. Конечно, мы пока не можем полностью исключить другие потенциально важные механизмы».
Супер-Юпитеры: почему такие разные?
Исследование также показывает, что суперюпитеры, подобные VHS 1256B, ведут себя совершенно иначе, чем Юпитер, главным образом потому, что их атмосферы гораздо горячее и сильнее реагируют на излучение. Эта быстрая реакция создаёт крупномасштабные экваториальные волны и предотвращает образование множественных зональных полос (или колец), подобных юпитерским, в то время как более холодная атмосфера Юпитера формирует эти кольца посредством более медленного турбулентного процесса.
«Механизм атмосферной циркуляции планет-гигантов долгое время оставался важным и нерешённым вопросом в планетологии», — сказал Си Чжан, профессор Калифорнийского университета в Санта-Крузе и один из ключевых участников исследования. «Эти новые волновые динамические процессы на суперюпитерах дают нам уникальную возможность изучить наше фундаментальное понимание этой проблемы».