Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба проследили за погодой на WISE 0855 — самом холодном из известных коричневых карликов. Группа исследователей под руководством Бриттани Майлз из обсерватории Стюарда при Университете Аризоны наблюдала за объектом размером с Юпитер на протяжении 11 часов, фиксируя спектр его излучения каждые 15 минут. Такой подход позволил учёным отделить изменения водяных облаков от движения газов, поднимающихся из недр атмосферы под действием внутреннего тепла.
Результаты работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal. Они дают наиболее детальную на сегодняшний день картину изменчивости этого холодного соседа Земли во времени. Кроме того, впервые удалось напрямую подтвердить, что водяные облака на другом мире меняют свою плотность со временем — явление, хорошо знакомое нам по погоде на Земле.
«Впервые мы смогли подтвердить, что водяные облака на близлежащем мире становятся то тоньше, то толще, — заявила Майлз, научный сотрудник обсерватории Стюарда. — До JWST у нас была только фотометрия, которая смешивала эффекты облаков, химического состава и температуры воедино. Теперь мы можем их различать».
Коричневые карлики не обладают достаточной массой для поддержания термоядерного синтеза водорода, который питает звёзды. Вместо этого они постепенно отдают тепло, оставшееся от формирования. Хотя эти объекты обычно массивнее планет, самые маленькие из них настолько размывают границу между двумя категориями, что провести чёткую черту трудно. WISE 0855 находится как раз у этой границы: при массе примерно вдвое больше юпитерианской и почти таком же размере он напоминает гигантскую планету, дрейфующую в космосе без родительской звезды. Его температура составляет около 265 кельвинов (17 градусов по Фаренгейту), что ниже средней температуры поверхности Земли.
Поскольку рядом нет звезды, которая снабжала бы объект светом, атмосферную конвекцию здесь驱动 внутреннее тепло, выходящее наружу. Это даёт учёным возможность изучить, как собственный жар гигантского мира формирует его небо. Чтобы разобраться в этих небесах, приходится интерпретировать свет, прошедший сквозь слои облаков и газов. Соавтор работы Марк Марли, директор и заведующий кафедрой Лунной и планетарной лаборатории Университета Аризоны, сравнивает эту задачу с взглядом через москитную сетку: нужно понимать и мир за ней, и сам фильтр, искажающий картину.
По мере вращения WISE 0855 в поле зрения попадают области атмосферы с разной температурой и облачностью. Возникающие изменения яркости содержат подсказки о погоде, но сама по себе яркость не говорит, чем вызваны колебания — облаками, химией или температурой. Спектрограф среднего разрешения Уэбба восполнил этот пробел, разложив свет на длины волн, связанные с отдельными молекулами. Его чувствительность позволила команде отслеживать изменения конкретных молекулярных признаков на объекте, слишком холодном и тусклом для подобных исследований прежними обсерваториями. Наблюдения выявили, как высоко altitude водяные облака становятся плотнее и тоньше, а также температурные изменения, связанные с вращением. Отдельный повторяющийся волнообразный сигнал проявился в признаках, связанных с угарным газом и фосфином, что указывает на газы, поднимающиеся из более глубоких и горячих слоёв.