Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб», астрономы впервые составили «метеорологический отчет» для коричневого карлика SIMP-0136 — объекта, которому 200 миллионов лет, и который вращается вокруг своей оси всего за 2,4 часа.
Обнаруженный в 2006 году изолированный коричневый карлик SIMP J013656.5 + 093347 (также известный как SIMP-0136) находится на удалении приблизительно в 20 световых лет от Солнца. Этот свободно плавающий объект признан одним из наиболее близких к Земле объектов своего типа: хотя многие коричневые карлики образуются вблизи звезд, встречаются и такие, что не имеют подобных компаньонов и перемещаются по межзвездному пространству в одиночестве. Масса объекта составляет около 15 масс Юпитера, а температура его поверхности варьируется от 830°C до 980°C. Из-за отсутствия родительской звезды и наблюдаемых колебаний яркости в инфракрасном и радиодиапазоне SIMP-0136 представляется отличной целью для исследования атмосфер экзопланет-гигантов.
Международная группа ученых во главе с Эвертом Наседкиным из Тринити-колледжа (Дублин) впервые зафиксировала изменения в атмосфере SIMP-0136 в режиме реального времени. Для этого были использованы спектрографы NIRSpec и MIRI, установленные на космическом телескопе «Уэбб». Исследование показало, что температура в верхних слоях атмосферы неожиданно повысилась примерно на 250 градусов Цельсия, что, скорее всего, обусловлено воздействием энергии полярных сияний. Результаты научной работы опубликованы в журнале Astronomy and Astrophysics.
За чуть больше чем за 3,4 часа наблюдений ученым удалось зарегистрировать около 6300 спектров, что стало возможным благодаря беспрецедентному разрешению по времени (от 1,8 до 19 секунд). Достигнутая точность позволила выявить даже незначительные колебания в яркости, составляющие всего 2,5%, и определить их связь с изменениями химического состава и температуры.
В атмосфере также зафиксированы признаки десяти различных молекул, среди которых вода (H₂O), монооксид углерода (CO), диоксид углерода (CO₂), метан (CH₄), аммиак (NH₃) и сероводород (H₂S). Примечательно, что уровни метана и диоксида углерода не находились в химическом равновесии (когда скорости прямой и обратной реакции становятся равными, зависимость проявляется в вертикальном перемешивании, что указывает на устойчивость атмосферы. Сероводорода было обнаружено в значительном количестве, в то время как фосфин (PH₃) практически не зафиксирован. Следует отметить, что ранее в атмосфере коричневого карлика WISE‑0458 нашли цианистый водород и ацетилен.
Астрономы определили, что изменения в глубинных слоях атмосферы являются главным фактором, вызывающим температурную инверсию, а не облачные образования, вопреки прежним представлениям. Несмотря на то, что эффективная температура объекта менялась незначительно – в пределах от приблизительно 973°C до 978°C, этого оказалось достаточно для существенных изменений в химическом составе атмосферы, при этом концентрации диоксида углерода и сероводорода демонстрировали колебания, сопутствующие изменениям температуры. Исследования также подтвердили наличие облаков, состоящих из силикатов, однако их распределение оказалось устойчивым и не имело прямой зависимости от наблюдаемых изменений в яркости.
Впервые астрономы получили исчерпывающую информацию о климате свободного коричневого карлика. Это исследование продемонстрировало, что телескоп «Уэбб» позволяет не только регистрировать отдельные спектры, но и анализировать трехмерные структуры атмосфер отдаленных объектов, включая их химический и структурный состав».