Используя снимки с космического телескопа Джеймса Уэбба (Webb), международная исследовательская группа, в которую входит Станимир Метчев из университета Западного Онтарио, обнаружила новые ответы на вопрос о том, как у некоторых коричневых карликов образуются гигантские пыльные бури, опровергая предыдущие предположения. Эти бури могут быть похожи на знаменитое Большое красное пятно Юпитера, но новое исследование, проведённое Шанхайским университетом Цзяо Тун, показывает, что на самом деле они формируются совершенно иначе.
Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Коричневые карлики — это небесные объекты с массой больше, чем у гигантской планеты, но меньше, чем у маленькой звезды. Они остывают после формирования и через миллиарды лет достигают низких температур, становясь очень похожими на гигантские планеты.
Некоторые коричневые карлики в 10 раз массивнее Юпитера, поэтому их иногда называют «супер-Юпитерами». Они напоминают гигантские планеты и демонстрируют сильную космическую активность, что делает их отличными тестовыми аналогами для изучения поведения атмосфер гигантских экзопланет (планет, которые вращаются вокруг звёзд, отличных от нашего Солнца).
«Астрономы обычно считали, что коричневые карлики ведут себя как Юпитер, с сильными полосами с востока на запад и стабильными штормами, формирующими их небо, — сказал Метчев, профессор физики и астрономии. — Наше исследование опровергает эту идею, предполагая, что некоторые из этих миров не следуют образцу Юпитера. Моделируя изменение световых характеристик супер-Юпитера, мы показываем, что его атмосфера может циркулировать совершенно иначе».
За последнее десятилетие Метчев и его команда установили распространённость атмосферных штормов на коричневых карликах, а недавно — повсеместное присутствие пылевых (или «песчаных») облаков на тёплых коричневых карликах, таких как VHS 1256B, который изучался в последнем исследовании. Метчев ранее сотрудничал с Сянью Тан, старшим автором нового исследования и научным сотрудником Т. Д. Ли в Шанхайском университете Цзяо Тун, и другими учёными для проведения наблюдений Уэбба, которые напрямую зафиксировали пыль в облаках этого супер-Юпитера.
Предыдущее исследование показало, что VHS 1256B демонстрирует чрезвычайно высокую «вариабельность большой амплитуды», то есть его видимая яркость значительно меняется со временем. Эта вариация яркости обычно сигнализирует о драматических атмосферных явлениях, таких как гигантские пыльные бури, которые были обнаружены.
На основе этих выводов Тан, Метчев и их коллеги смоделировали атмосферу VHS 1256B, чтобы сопоставить её с большой амплитудой вариабельности, и сравнили эту новую модель с данными наблюдений Уэбба. Моделирование показывает, что вариабельность VHS 1256B вызвана совершенно иначе, чем у Юпитера, и обусловлена крупномасштабными экваториальными волнами.
Эти волны создаются температурным дисбалансом, когда облака вблизи экватора нагревают атмосферу. Они создают большие пыльные бури, движущиеся с востока на запад. Это явление, известное как «обратная связь облачности и радиации», объясняет как сильные изменения яркости, наблюдаемые на VHS 1256B, так и медленные, долгосрочные сдвиги в его кривой блеска, вызванные пыльными бурями, которые движутся и меняются со временем.
«Механизм циркуляции, основанный на облачности и радиационном взаимодействии, был предложен, но для того, чтобы модель была действительно подтверждена, она должна выдержать испытание наблюдениями, что, возможно, даже сложнее, чем предложить саму теорию, — сказал Тан. — К счастью, успешное сравнение с наблюдениями VHS 1256B предоставило такую возможность, подтвердив осуществимость нового механизма циркуляции. Конечно, мы пока не можем полностью исключить другие потенциально важные механизмы».
Исследование также показывает, что супер-Юпитеры, подобные VHS 1256B, ведут себя совсем не так, как Юпитер, главным образом потому, что их атмосферы намного горячее и гораздо сильнее реагируют на излучение. Такая быстрая реакция создаёт крупномасштабные экваториальные волны и предотвращает множественные зональные полосы (или кольца), подобные юпитерианским, в то время как более холодная атмосфера Юпитера создаёт эти кольца посредством более медленного турбулентного процесса.
«Механизм атмосферной циркуляции гигантских планет долгое время был важным и нерешённым вопросом в планетологии, — сказал Си Чжан, профессор Калифорнийского университета в Санта-Круз и ключевой сотрудник исследования. — Эти новые волновые динамические процессы на супер-Юпитерах дают нам уникальную возможность изучить наше фундаментальное понимание этой проблемы».